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Neuer Schnelltest für Antibiotikaresistenzen

Resistenz-Check von Keimen in weniger als vier Stunden

| Autor / Redakteur: Dr. Anja Schulz* / Christian Lüttmann

Ein briefmarkengroßer Chip ist das Kernstück des neuen Schnelltests zur Analyse von Antibiotikaresistenzen bei Keimen.
Ein briefmarkengroßer Chip ist das Kernstück des neuen Schnelltests zur Analyse von Antibiotikaresistenzen bei Keimen. (Bild: S. Döring/Leibniz-IPHT)

Auch bisher gut behandelbare Infektionen können lebensbedrohlich verlaufen, weil immer mehr Krankheitserreger resistent gegen Antibiotika sind. Ein neuer Schnelltest von Jenaer Forschern ermittelt binnen weniger Stunden, welches Medikament im konkreten Fall noch wirkt – und kann so Leben retten.

Jena – Multiresistente Keime sind eine wachsende Bedrohung. Der massenhafte und häufig unnötige Einsatz von Antibiotika führt dazu, dass immer mehr Erreger gegenüber Medikamenten unempfindlich sind. Dies erschwert die erfolgreiche Behandlung von Infektionen und kann für die Patienten mitunter lebensbedrohlich werden. Ein neuartiger Schnelltest gibt innerhalb von dreieinhalb Stunden Auskunft darüber, welches verfügbare Antibiotikum im konkreten Fall überhaupt Wirkung zeigt. Herkömmliche Verfahren benötigen dafür mitunter 72 Stunden. Das schnelle Ergebnis des neuen Tests erlaubt einen gezielten, sparsamen und verantwortungsvollen Einsatz von Antibiotika und kann so Leben retten.

Der neue Schnelltest stammt von Wissenschaftler des Leibniz-Instituts für Photonische Technologien (Leibniz-IPHT), des Center for Sepsis Control and Care des Jenaer Universitätsklinikums und der Friedrich-Schiller-Universität Jena. Sie arbeiten an einer schnellen, kostengünstigen Alternative zur bislang zeitintensiven mikrobiologischen Erregerdiagnostik.

Keime in kleinen Konzentrationen

Die Schwierigkeit bei der Untersuchung von Antibiotikaresistenzen liegt den Forschern zufolge unter anderem in der Anzahl an Erregern in den Patientenproben, die für verlässliche Testergebnisse viel zu gering ist. Erst nach einer zeitraubenden Kultivierung ist eine Analyse möglich. Vor allem in der klinischen Anwendung, bei der Behandlung von schweren Infektionen, z.B. bei einer Sepsis, ist Zeit allerdings ein entscheidender Faktor.

Intensivmediziner stehen vor einem besorgniserregenden Dilemma: „Viel zu oft müssen wir ‚blind' mit Breitspektrum-Antibiotika behandeln, da wir zunächst weder den Erreger, noch eventuell vorhandene Resistenzen bestimmen können. Daher schießen wir unter Umständen mit Kanonen auf Spatzen. Ein Teufelskreis, der das Entstehen neuer Resistenzen begünstigt“, erläutert Prof. Michael Bauer, Direktor der Klinik für Anästhesiologie und Intensivmedizin am Universitätsklinikum Jena.

Die deutlich schnellere Diagnose aus Jena bietet die Grundlage, diesen Teufelskreis zu durchbrechen, weil sie einen schnellen und gezielten Einsatz wirksamer Medikamente erlaubt. Dies ist die Voraussetzung, um die Verbreitung von Resistenzen einzudämmen.

Wie der Test funktioniert

Das Herzstück des Schnelltests ist ein etwa briefmarkengroßer Chip, auf dessen Oberfläche winzige Elektroden angebracht sind. „Hier fixieren elektrische Felder die Bakterien in einem sehr kleinen Bereich“, sagt Ute Neugebauer, die am Leibniz-IPHT und am Universitätsklinikum Jena arbeitet. Dort gefangen, bringen die Jenaer Forscher die Erreger mit verschiedenen Antibiotika in unterschiedlichen Konzentrationen in Kontakt und untersuchen diese mithilfe der Raman-Spektroskopie. „Das heißt, wir bestrahlen die Erreger mit Laserlicht und werten das gestreute Lichtspektrum aus“, beschreibt Neugebauer die Methode.

Das LABORPRAXIS-Dossier „Antibiotikaresistenz“ Sie möchten mehr zum Thema „Multiresistente Keime“ erfahren? Dann besuchen Sie unser Dossier „Antibiotikaresistenz“, in dem wir entsprechende Artikel zu wichtigen Fortschritten aus der Medizinforschung zusammengestellt haben.

„Bereits nach zwei Stunden sehen wir eindeutige Veränderungen in den Raman-Spektren. Daraus lässt sich ableiten, ob der Stamm resistent oder sensibel ist“, erklärt Prof. Jürgen Popp, Direktor des Leibniz-IPHT und Leiter des Instituts für Physikalische Chemie der Friedrich-Schiller-Universität Jena. „Zugleich erhalten wir Informationen darüber, wie hoch die Konzentration des Antibiotikums sein muss, um das Bakterienwachstum vollständig zu hemmen. Das ist ein wichtiger diagnostischer Parameter, der den Erfolg der Behandlung entscheidend beeinflusst", so Popp weiter.

Diagnose-Tool für Hausärzte

Langfristig wollen die Forscher ihr Verfahren zu einem kartuschenbasierten Schnelltestsystem weiterentwickeln, das es erstmalig Hausärzten ermöglichen wird, die Resistenzen unkompliziert und schnell zu bestimmen. Damit hätten Mediziner ein mächtiges Werkzeug, welches sie bei der personalisierten Therapieentscheidung, d.h. bei der Vergabe des passenden Medikamentes, unterstützt, heißt es von den Entwicklern.

Orginalpublikation: Johanna Kirchhoff, Uwe Glaser, Jürgen A. Bohnert, Mathias W. Pletz, Jürgen Popp and Ute Neugebauer: Simple Ciprofloxacin Resistance Test and Determination of Minimal Inhibitory Concentration within 2 h Using Raman Spectroscopy. Anal. Chem., 2018, 90 (3), pp 1811–1818, DOI: 10.1021/acs.analchem.7b03800

* Dr. A. Schulz: Leibniz-Institut für Photonische Technologien (IPHT), 07745 Jena

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