Eine neue Diagnosemethode für Tuberkulose, die sich durch besondere Schnelligkeit und Verlässlichkeit auszeichnet, haben Wissenschaftler des Forschungsschwerpunktes Biophotonik entwickelt. Das Team um Prof. Dr. Markus Sauer von der Universität Bielefeld und Dr. Dirk-Peter Herten von der Universität Heidelberg ist mittels so genannter „Smart Probes“ in der Lage, mit bisher unerreichter Sensitivität einzelne Stämme des Tuberkuloseerregers Mycobacterium zu unterscheiden.

Diese neue Technologie für die Erkennung von Infektionskrankheiten ist wesentlich schneller als herkömmliche Methoden und lässt sich mit robusten, kostengünstigen und einfach zu handhabenden Geräten auch in weniger entwickelten Ländern anwenden. „Unsere „Smart Probes“ sind daher ideale Kandidaten für die molekulare Diagnostik der Zukunft und bringen uns der Lösung des globalen Problems der Infektionskrankheiten einen entscheidenden Schritt näher“, betont Sauer die Bedeutung des Projekts. Wie drängend dieses Problem ist, zeigen die Zahlen: Knapp drei Millionen Menschen sterben weltweit jährlich allein an Tuberkulose – das sind 8000 jeden Tag. Auch in Deutschland gibt es mehrere tausend Neuerkrankungen im Jahr. Zur Bekämpfung werden Antibiotika eingesetzt, doch birgt die Tuberkulose dabei besondere Schwierigkeiten: „Bisher musste ein Patient manchmal einige Wochen warten, bis sein Arzt mit einer wirksamen Behandlung beginnen konnte“, erläutert Sauer. Denn Mykobakterien wachsen nur sehr langsam, das Anlegen einer Kultur war aber bisher meist die Vorraussetzung für eine eindeutige Diagnose, ohne die man das richtige Arzneimittel nicht auswählen kann. „Wir wollen diesen Zeitraum auf ein bis zwei Tage verkürzen, im Idealfall sogar auf wenige Stunden“, nennt der Bielefelder Physiker das ehrgeizige Ziel. „Smart Probes“ sind kurze Abschnitte aus Desoxyribonukleinsäure (engl. abgekürzt DNA), der Substanz, aus dem sich auch das Erbgut von Lebewesen zusammensetzt. Sie ist bei den „Smart Probes“ in Form einer Haarschleife angeordnet und an einem Ende mit einem Farbstoff markiert, der unter Einstrahlung von Licht fluoresziert. Aus dem Auswurf eines Tuberkulosepatienten kann das Erbgut der Mykobakterien gewonnen werden. Wenn die „Smart Probes“ darin eine bestimmte Struktur antreffen, binden sie daran und die Haarschleife öffnet sich. Erst durch diese Öffnung kann der Farbstoff ungehindert fluoreszieren, für die Wissenschaftler ein eindeutiges Signal, dass es sich um den vermuteten Erreger handelt. Das gleiche Prinzip lässt sich auch einsetzen, um ein weiteres Problem bei der Behandlung von Erregern wie Mykobakterien zu lösen. In immer stärkerem Mass werden die Keime unempfindlich gegen die Medikamente, entwickeln so genannte Antibiotika-Resistenzen. Nur deren frühzeitige Erkennung ermöglicht die Wahl des richtigen Wirkstoffes. Da sich resistente und nicht-resistente Bakterien in ihrem Erbgut unterscheiden, lassen sie sich ebenfalls mittels „Smart Probes“ identifizieren. Darüber hinaus lassen sich die „Schlauen Sonden“ auch zur Tumor- Früherkennung und Verlaufskontrolle von Krebserkrankungen einsetzen. Die Entwicklung der „Smart Probes“ erfolgte im gleichnamigen Verbundprojekt des Forschungsschwerpunktes Biophotonik. Das Bundesministerium für Bildung und Forschung fördert in diesem Schwerpunkt Verbundprojekte aus Wissenschaft und Industrie, die optische Lösungen für biologische und medizinische Probleme erarbeiten. Gemeinsames Ziel ist es, mit Hilfe licht-basierter Technologien Krankheiten in ihren Ursachen zu verstehen, sie früh und präzise zu diagnostizieren und gezielt behandeln zu können.

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