Ein Forscherteam aus der Schweiz hat erstmals einen einfachen und preiswerten Mikrochip entwickelt, mit dem viele Bakterien schnell auf alle bekannten übertragbaren Antibiotikaresistenzen getestet werden können. Die neue Methode ist für eine gezielte Behandlung von bakteriellen Infektionen von großer Bedeutung.
{1l}
Wenn Antibiotika bei schwer kranken Menschen versagen, stehen Leben auf dem Spiel. Verschiedene Bakterienstämme haben bereits eine Resistenz gegen Antibiotika entwickelt, sind also unempfindlich gegen einzelne oder mehrere Medikamente geworden und verursachen schwer zu behandelnde Erkrankungen. Es ist deshalb wichtig, dass die Verbreitung von Antibiotikaresistenzen überwacht werden kann.
Nun hat ein Forschungsteam innerhalb des Schweizer Forschungsprogramms „Antibiotikaresistenz“ zusammen mit der deutschen Firma „Clondiag Chip Technologies GmbH“ einen Mikrochip entwickelt, der Bakterien auf alle bekannten übertragbaren Resistenzgene hin testet. Wie das Team um Vincent Perreten und Joachim Frey vom Institut für Veterinärbakteriologie der Universität Bern im Journal of Clinical Microbiology berichtet, existiert weltweit kein vergleichbares System.
Kostengünstiger, schneller und weniger arbeitsintensiv
Der neue Mikrochip ist kostengünstiger, schneller und weniger arbeitsintensiv als bisherige Methoden. Er erfasst alle 90 bei grampositiven Bakterien bekannten Resistenzgene gleichzeitig. Bis jetzt konnten Bakterien nur in aufwändigen Einzeltests auf einzelne Resistenzen geprüft werden, was Tage dauerte. Ein Mikrochip-Test hingegen braucht nur wenige Stunden. Zudem hat der neue Mikrochip den Vorteil, dass er so genannt stille Gene sichtbar macht, die noch nicht aktiv geworden sind und deshalb mit den Wachstumstests nicht erkennbar waren. Wachstumstests prüfen, ob Bakterienkolonien auf Antibiotika ansprechen oder nicht.
Die Mikrochip-Technologie, auch DNA-Microarray-Technologie genannt, wird bereits für viele DNA-Tests eingesetzt. Für den Antbiotikaresistenz-Chip hat Vincent Perreten sämtliche in der wissenschaftlichen Literatur bekannten Antibiotikaresistenzgene von grampositiven Bakterien zusammengesucht und passende, kurze Gegenstücke dazu entworfen. Diese Gegenstücke werden nun in winzigen Punkten auf den Mikrochip aufgetragen.
Die DNA eines zu testenden Bakterienstamms wird isoliert, vermehrt, mit einem Farbstoff markiert und auf den Mikrochip aufgetragen. Enthält die DNA ein Antibiotikaresistenzgen, das zu einem Gegenstück passt, so bleibt sie am entsprechenden Punkt kleben. Die angefärbten Punkte werden von einer Kamera registriert und an einen Computer geschickt, der das Resistenzmuster des Bakterienstamms auswertet und in eine Datenbank füttert.
Viele Anwendungsmöglichkeiten
Der Einwegchip kann in großen Mengen hergestellt und in Kliniken und in der Tier- und Lebensmittelindustrie eingesetzt werden, um die Entstehung und Ausbreitung von Antibiotikaresistenzen zu überwachen. In Krankenhäusern und möglicherweise auch Arztpraxen kann damit das beste Medikament zur Behandlung einer Infektion rascher als bisher gefunden werden. Der Test kann aber auch den korrekten Einsatz von Antibiotika bei Nutztieren sichern und so die Verschleppung resistenter Keime über Lebensmittel zum Menschen verhindern. Zudem gibt es wichtige Anwendungsmöglichkeiten in der Lebensmittelüberwachung und der Grundlagenforschung: So können zum Beispiel Resistenzgene in Starterkulturen für Joghurt und Käse erkannt werden.
Mikrochip wird weiterentwickelt
Der Auftrag des Forschungsteams lautete ursprünglich, eine schnelle Diagnosemöglichkeit für Antibiotikaresistenzen beim grampositiven Bakterium Bacillus anthracis, dem Milzbrand, zu entwickeln, weil resistente Varianten des Bakteriums für terroristische Zwecke eingesetzt werden könnten. Frey und Perreten haben den Auftrag nun auf alle grampositiven Keime erweitert. Sie sind überzeugt, dass sich die Entwicklung eines vergleichbaren Systems auch für gramnegative Bakterien lohnen würde.
Grampositive und gramnegative Bakterien unterscheiden sich in der Struktur ihrer Zellwand und tauschen keine Antibiotikaresistenzen aus. In beiden Gruppen sind wichtige Krankheitserreger zu finden. Zu den grampositiven Bakterien gehören beispielsweise Erreger von Lungen- sowie Wundinfektionen und Blutvergiftungen (Staphylokokken, Streptokokken) oder der Starrkrampf (Clostridien). Gramnegative Bakterien sind beispielsweise Erreger von Magen-Darm-Infektionen (Salmonellen, Shigellen und Campylobakter), Hirnhautenzündung (Meningokokken) oder der Tripper (Gonokokken).
Der Mikrochip muss nun kontinuierlich weiter entwickelt werden, damit er alle aktuellen Resistenzgene erfasst. Frey und Perreten wollen dies in Zusammenarbeit von ETH, Universitäten und Industrie vorantreiben. Eine zweite Generation des Testsystems ist bereits fertig.
(Schweizerischer Nationalfonds zur Förderung der wissenschaftlichen Forschung, 18.05.2005 – DLO)
