Jena – Der massenhafte und häufig unnötige Einsatz von Antibiotika führt dazu, dass immer mehr Erreger gegenüber den Medikamenten unempfindlich sind. Die Folge: bisher gut behandelbare Infektionen können lebensbedrohlich verlaufen.

Forscher vom Leibniz-Institut für Photonische Technologien und dem Universitätsklinikum Jena haben nun einen Schnelltest entwickelt, der innerhalb von dreieinhalb Stunden Auskunft darüber geben soll, welches verfügbare Antibiotikum im konkreten Fall noch wirksam ist.

"Wir kombinieren lichtbasierte Analysemethoden mit mikrofluidischer Probenprozessierung. Mit unserem Lab-on-a-Chip-System, also einem miniaturisierten Labor, können wir Bakterienstämme und deren Resistenzen in weniger als dreieinhalb Stunden eindeutig bestimmen," erläutert Projektleiterin Ute Neugebauer das Funktionsprinzip.

Mit Kanonen auf Spatzen schießen

Die Forscher betonen: Herkömmliche Standardverfahren benötigen für die Infektionsdiagnostik bis zu 72 Stunden. Das liege unter anderem daran, dass die Anzahl der Erreger in einer Patientenprobe viel zu gering ist, um Tests durchführen zu können. Deshalb müssen die Erreger erst für die Analyse "kultiviert" werden.

Doch Zeit ist bei gefährlichen Infektionen – wie etwa einer Sepsis – ein entscheidender Faktor. "Viel zu oft müssen wir ‚blind' mit Breitspektrumantibiotika 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 Michael Bauer, Direktor der Klinik für Anästhesiologie und Intensivmedizin am Universitätsklinikum Jena.

Erreger bestrahlen

Beim neu entwickelten Schnelltest werden die Bakterien mit elektrischen Feldern von winzigen Elektroden, die auf der Oberfläche eines etwa briefmarkengroßen Chips angebracht sind, fixiert. Dort gefangen, werden die Erreger mit verschiedenen Antibiotika in unterschiedlichen Konzentrationen kontaktiert und danach mit Hilfe einer Raman-Spektroskopie untersucht.

"Das heißt, wir bestrahlen die Erreger mit Laserlicht und werten das gestreute Lichtspektrum aus," beschreibt Neugebauer die Methode. "Bereits nach zwei Stunden sehen wir eindeutige Veränderungen in den Raman-Spektren. Daraus lässt sich ableiten, ob der Stamm resistent oder sensibel ist. 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", ergänzt Jürgen Popp, Leiter des Instituts für Physikalische Chemie der Friedrich-Schiller-Universität Jena. (red, 13.3.2018)