„Vor-Ort“-Antibiotikaresistenz-Detektion im Chipkartenformat

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Fraunhofer-Institut für Elektronische Nanosysteme ENAS

Anwendungsbeispiel: Mastitis bei Milchkühen

Mastitis, also eine Euterentzündung, gehört zu den drei häufigsten Abgangsursachen bei Milchkühen. Solche Euterentzündungen werden meist durch bakterielle Erreger verursacht. Eine Mastitis ist mit Schmerzen für das Tier verbunden und kann im schlimmsten Fall zum Tod führen. Wirtschaftlich gesehen reduziert eine solche Euterentzündung die Milchleistung.

Sowohl während der akuten Infektion als auch während der Behandlung darf die Milch nicht verwertet werden. Nicht angemessen behandelt kann sich eine subklinische chronische Entzündung entwickeln, welche langfristig die Milchleistung reduziert. Daher ist bei Mastitis eine gezielte und frühzeitige – meist antibiotische - Behandlung notwendig, da sich das Krankheitsbild auch oft binnen Stunden verschlechtert.

Zur schnellen Erreger- und Antibiotikaresistenzdetektion bei Mastitiden von Milchkühen wurden daher im Rahmen eines interdisziplinären Forschungsprojektes eine mikrofluidische Kartusche sowie ein anwendungsspezifisches Mi­croarray entwickelt. Die Kartusche enthält hierbei neun Flüssigkeitsreservoire mit integrierten Pumpen sowie verschiedene Heizbereiche, welche für die DNA-Amplifikation sowie die Hybridisierung der DNA auf dem Microarray benötigt werden.

Im Folgenden soll exemplarisch der Ablauf einer Kartuschen-inte­grierten Hybridisierung auf einem Microarray näher beschrieben werden. Zunächst werden die Reservoire der Kartusche wie folgt befüllt:

• Reservoir 5 (50 µl): Pre-Hybridisierungspuffer

• Reservoir 6a (65 µl): Hybridisierungspuffer

• Reservoir 6b (65 µl): Amplifizierte DNA

• Reservoire 7-9 (je 100 µl): verschiedene Waschpuffer

Die Kartusche wird anschließend in das Ansteuer- und Auslesegerät (s. Abb. 4) eingesteckt und der Versuchsablauf gestartet. Der komplette Prozess läuft dann vollständig automatisch bis zur Quantifizierung der einzelnen Spots des Mi­croarrays. Das Hybridisierungsprotokoll ist in Tabelle 1 dargestellt. Abbildung 3 zeigt ein exemplarisches Fluoreszenz-Bild (Falschfarbendarstellung) des Microarrays für die Detektion der DNA eines Methicillin-resistenten staphylococcus aureus (MRSA).

Die Arbeiten zur Mastitis bei Milchkühen wurden mit Mitteln des Europäischen Fonds für regionale Entwicklung (EFRE) und des Freistaates Sachsen gefördert. Besonderer Dank gilt der Inotec FEG mbH, Leipzig für die Entwicklung des Auswerte- und Ansteuergerätes, der Aform AG und AFEX GmbH für die Entwicklung des Spritzgusswerkzeuges und -prozesses sowie der Klinik für Klauentiere der Universität Leipzig.

* Dr.-Ing. J. Nestler: Biflow Systems GmbH, 09126 Chemnitz

* *A. Morschhauser: Fraunhofer ENAS, 09126 Chemnitz

* **Dr. H. Peter: Fraunhofer IZI-BB, 14476 Potsdam-Golm

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