Zur Infektion: Immer der Nase nach!

Ein Stückchen Papier mit 36 winzigen Farbstoffpunkten, eine Petrischale und einen handelsüblichen Scanner ? mehr braucht der US-Chemiker Kenneth Suslick nicht, um innerhalb weniger Stunden festzustellen, ob eine Wunde mit Bakterien infiziert ist und wenn ja, mit welchen: Er hat eine Art künstliche Nase entwickelt, die mit sehr einfachen, günstigen Zutaten auskommt und trotzdem verschiedene Bakterien an ihrem Geruch erkennen kann. Das Prinzip: Jeder der verwendeten Farbstoffe reagiert mit einem Farbumschlag auf einen anderen Bestandteil der häufig komplexen Gasmischungen, die Bakterien während ihres Stoffwechsels produzieren. Unterschiedliche Gemische rufen auf diese Weise auch unterschiedliche Farbmuster hervor ? sie besitzen also einzigartige aromatische Fingerabdrücke, illustriert der Chemiker.
Die Idee des Farbstoffsensors ist nicht ganz neu: Suslick hat sie bereits bei den verschiedensten Anwendungen erfolgreich getestet, etwa für das Aufspüren von Sprengstoffspuren oder auch für die Bestimmung von Kaffeesorten. "Unsere Technik hat sich mittlerweile für das Aufspüren von und Unterscheiden zwischen verschiedenen chemischen Duftstoffen bewährt, da war es ziemlich naheliegend, sie auf Bakterien anzuwenden." Schließlich, sagt der Chemiker, handele es sich bei den Mikroben um nichts anderes als winzige chemische Fabriken mit beachtlichem Abgasausstoß. Denn Bakterien produzieren als Nebenprodukt ihres Stoffwechsels eine ganze Reihe von gasförmigen Substanzen, von denen viele ? die bekannteste ist sicher Schwefelwasserstoff ? einen sehr charakteristischen Geruch besitzen.

Diesen kann ein erfahrener Mikrobiologe nutzen, um die Bakterien zu identifizieren ? genau das, was Suslick nun auch mit seiner künstlichen Nase anstrebt. Erste Erfolge kann der Chemiker bereits vorweisen. Dazu hatten er und seine Kollegen das Papier mit den Farbstoffpunkten in den Deckel einer Petrischale geklebt, auf deren Boden sie eine Blutprobe ausstrichen. Die geschlossene Schale wurde dann umgedreht und auf einen Scanner innerhalb eines Inkubators gestellt. Alle 30 Minuten scannten die Forscher in der Folge die Farbstoffpunkte und zeichneten so die Veränderungen der Farben auf. Der Zeitverlauf und das Muster dieser Veränderung sei für jedes getestete Bakterium einzigartig gewesen, sagt Suslick, so dass es sich prima als Diagnosewerkzeug eigne.

Bisher haben sich die Wissenschaftler vor allem auf zehn der häufigsten Krankheitserreger konzentriert. Diese konnten sie problemlos und mit fast 100-prozentiger Zuverlässigkeit identifizieren. Das System war sogar in der Lage, zwischen antibiotikaresistenten und normalen Varianten von Staphylococcus aureus, einem häufigen Krankenhauskeim, zu unterscheiden. Und eine Begrenzung der Einsatzfähigkeit ist laut Suslick nicht abzusehen: "Wir haben bisher keine Bakterien gefunden, die wir nicht aufspüren und von anderen Bakterien unterscheiden konnten." Sollte sich der Ansatz weiterhin bewähren, könnte Krankenhäusern in Kürze bereits ein sehr günstiger, einfacher und damit wenig anfälliger Test zur Verfügung stehen, mit dem sie in weniger als zehn Stunden sowohl die Anwesenheit von Bakterien in einer Probe als auch deren Identität bestimmen können ? ein Test, der aktuell mindestens 48 Stunden dauert.
Kenneth Suslick (University of Illinois) et al.: Journal of the American Chemical Society, doi: 10.1021/ja201634d

wissenschaft.de ? Ilka Lehnen-Beyel


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