Glühwürmchen-Licht erhellt Diagnose - wissenschaft.de
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Glühwürmchen-Licht erhellt Diagnose

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Links: Beim den sogenannten Glühwürmchen handelt es sich eigentlich um Käfer, die in ihrem Unterleib Biolumineszenz erzeugen (Credit: Thinkstock). Rechts: Leuchteffekt des neuen Diagnosesystems (Credit: Kai Johnsson/EPFL)
Da bin ich! Durch ihr Leuchten machen sich Glühwürmchen für ihre Artgenossen sichtbar. Dieses helle Konzept haben Forscher nun auf clevere Weise für den Nachweis von bestimmten Biomolekülen nutzbar gemacht, wie sie beispielsweise bei Krebs entstehen. Bei einem Befund wird durch das neuentwickelte System das Leuchtenzym des Glühwürmchens in einer Analyseprobe gezielt „angeknipst“. Auf diese Weise ist eine Diagnose mit bloßem Auge möglich.

Für die Biologie und Medizin sind Nachweismöglichkeiten bestimmter Substanzen in Proben zentral wichtig. Bei der Krebsdiagnostik muss ein Arzt beispielsweise feststellen können, ob Tumorzellen im Körper des Patienten vorhanden sind. Es existieren zwar bereits entsprechende Diagnose-Verfahren, sie sind aber zeit- und arbeitsaufwendig und damit kostspielig. Das Detektionssystem, das die Forscher um Kai Johnsson von der Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne entwickelt haben, könnte nun eine günstige Alternative bieten.

Lichtsignal bei Befund

Das Biopatent der Glühwürmchen basiert auf einem Schlüsselmolekül – der sogenannten Luciferase. Die Aktivität dieses Enzyms löst letztlich den Leuchteffekt aus. Den Forschern ist es nun gelungen, Luciferase mit bestimmten Markersubstanzen zu koppeln, die spezifisch an diejenigen Biomoleküle binden, die diagnostiziert werden sollen. „Der Luciferase-Marker-Komplex ist halb bio, halb synthetisch“, erklärt Johnsson. Der Clou des Konzepts: Solange Luciferase und Markersubstanz zusammenhängen, wird die lichterzeugende Aktivität des Enzyms blockiert. Erst wenn der Komplex an das Zielmolekül bindet, bricht der Verband auf und die Luciferase kann ihre Funktion ausüben. Findet das Detektionssystem in einer Probe also sein Ziel, beginnt sie zu leuchten. Den Forschern zufolge ist der Lichteffekt stark genug, um eine Diagnose mit bloßem Auge durchführen zu können. Somit sind bei dieser Methode keine weiteren Geräte oder Verfahren nötig.

Breites Anwendungsspektrum möglich

„Es handelt sich bei dem Konzept um ein grundlegendes Design“, sagt Johnsson. Es kann eingesetzt werden, um eine Vielzahl von Biosensoren für bestimmte Zielmoleküle zu entwickeln. „Alles was man machen muss, ist einen spezifischen Marker für das zu diagnostizierende Molekül zu entwickeln“, so der Forscher. Der leuchtende Mechanismus des Systems bleibt immer gleich: Bei Befund wird der Lichtschalter ausgelöst und die Probe verbreitet Glühwürmchen-Schimmer.

Originalarbeit der Forscher:

© wissenschaft.de – Martin Vieweg
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