Spektroskopie-basierter Schnelltest auf Milzbranderreger

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Endosporen in Backpulver

Anhand einer Backpulverprobe, die mit B. anthracis-Endosporen versetzt worden ist, soll der erforschte Arbeitsablauf exemplarisch dargelegt werden. Etwa 100 mg des verdächtigten Pulvers werden zuerst mit Formaldehyd-Lösung (20% Endkonzentration) für 1 h behandelt, um etwaige Pathogene in der Probe zu inaktivieren. Täte man dies nicht, so müssten sämtliche folgenden Arbeitsgänge in Umgebungen mit hoher Biosicherheitsstufe durchgeführt werden.

Danach erfolgt die Extraktion vorliegender Endosporen aus der Probe: Hierbei hat sich eine Dichtegradientenzentrifugation als effektiv erwiesen, welche die Schwebedichteunterschiede zwischen Endosporen und Matrixbestandteilen (hier des Backpulvers) ausnutzt, um die Sporen von dem Rest der Probe abzutrennen.

Letztendlich ist eine wässrige Suspension inaktivierter Endosporen das Resultat, welches für die Raman-spektroskopische Analyse zur Verfügung steht. Ein Aliquot der Suspension im Bereich weniger Mikroliter wird auf ein Messsubstrat gebracht, dort eingetrocknet und schließlich, wie in Abbildung 3 dargestellt, untersucht.

Da es sich bei der Messapparatur im Wesentlichen um ein Mikroskop kombiniert mit einem Raman-Spektrometer handelt, können zuerst die Proben lichtmikroskopisch auf geeignete Partikel abgesucht werden. Dies kann automatisch durch Vorgabe entsprechender morphologischer Kriterien wie Größe (in vorliegendem Fall 1 µm) oder Form (rund) geschehen. Diese Partikel werden dann einzeln angefahren und über einen vordefinierten Zeitraum mit einem Laser der Wellenlänge von 532 nm bestrahlt. Es wird ausschließlich der anvisierte Partikel beprobt und das an ihm Raman-gestreute Licht wird detektiert, spektral zerlegt und als Raman-Spektrum ausgegeben. Das Raman-gestreute Licht entsteht durch eine Wechselwirkung des Laserlichtes mit der Materie des Partikels. Unterschiedliche Substanzen besitzen demzufolge unterschiedliche Raman-Spektren.

Weiter noch: Die Methode ist selektiv genug, selbst Bakterienarten, die verschiedene biochemische Zusammensetzungen besitzen, zu differenzieren. In dem Sichtfeld in Abbildung 3a wurden vier Partikel gemessen, zwei davon waren Endosporen (i, ii), einer bestand aus Stärke (iv) sowie einer aus Dinatriumdihydrogendiphosphat (iii) – beides typische Komponenten von Backpulver. Die Raman-Spektren der Endosporen werden dominiert von Banden des endsporenspezifischen Salzes Calciumdipicolinat, die in der Abbildung mit einem Sternchen markiert sind.

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