Schnellverfahren identifiziert Keime im Wasser

VDI Technologiezentrum GmbH

Die Qualität von Frisch- und Trinkwasser wird in Deutschland durch verbindlich vorgeschriebene Werte der Trinkwasserverordnung sichergestellt. Die Auswertung mit den bisherigen Standardverfahren dauert jedoch oftmals mehrere Tage, da eventuell vorhandene Keime über einen längeren Zeitraum hinweg kultiviert werden müssen. Um gesundheitliche und wirtschaftliche Folgeschäden zu vermeiden, ist eine schnelle Detektion erforderlich. Genau hier setzt dieses Projekt an:

Ergebnisse in weniger als einer Stunde

Der vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) geförderte Verbund SEKT ist Anfang Januar 2012 mit dem Ziel gestartet, ein Schnellverfahren zur Überprüfung der Qualität von Frisch- und Trinkwasser zu entwickeln, dass in weniger als einer Stunde Aussagen über die Keimbelastung des Wassers liefert. Zudem soll das kompakte Detektionsgerät mobil vor Ort eingesetzt werden können. Das Verfahren basiert auf sogenannten Fluoreszenzmarkern, die sich an die Keime heften und unter dem Mikroskop gut sichtbar leuchten.

Bei dem Verfahren werden die in der Wasserprobe eventuell vorhandenen Keime zunächst aufkonzentriert, dann mit spezifischen Fluoreszenzmarkern angefärbt und schließlich unter ein automatisches Mikroskop gebracht. Das Mikroskop liefert Bilder, in denen die vorhandenen Keime und Bakterien als monochrom leuchtende Strukturen auf einem ansonsten dunklen Hintergrund erscheinen. Als Lichtquelle zur Fluoreszenz-Mikroskopie wird eine Hochleistungs-LED eingesetzt. Die nachgeschaltete Bildauswertung identifiziert die Keime und Bakterien aufgrund ihres spektralen „Fingerabdrucks“.

Neue Herausforderungen meistern

Für den frisch gestarteten BMBF-Verbund SEKT gilt es nun, folgende Herausforderungen zu meistern:
– Aufbau eines automatischen Systems für die Filterung der Proben und des Proben- und Fluidhandlings
– Erforschung keimspezifischer Fluoreszenzmarker
– Untersuchung fluoreszenzmikroskopischer Verfahren zur Einzelzell-Detektion
– Evaluierung des Systems und Vergleich mit Standardverfahren
Das Prinzip, mit Fluoreszenzmarkern zelluläre Grundlagen sichtbar zu machen, ist ein aktuelles Aufgabengebiet des Forschungsschwerpunktes Biophotonik. So existieren beispielsweise Verbundprojekte, die daran forschen, Krebsgeschwüre und Karzinome im menschlichen Körper mit fluoreszierenden Markern und entsprechender Bildauswertung sichtbar zu machen oder dreidimensionale Bilder von lebenden Zellen mit einer speziellen Fluoreszenz-Tracking-Mikroskopie aufzunehmen. Neu und vielversprechend ist die Anwendung für eine Schnell-Detektion und Identifizierung von Keimen und Bakterien in Frisch- und Trinkwasser in Verbindung mit etablierter Bildgebung.

Enorm vielseitige Anwendungsgebiete

Die Anwendungsgebiete für das zukünftige SEKT-System sind breit gefächert. Sie liegen in der Aufbereitung und Verteilung von Trinkwasser, aber auch im Einsatz in Unternehmen der Getränke-, Nahrungsmittel- und Pharmazeutikindustrie und in der schnellen Analyse in mobilen Anwendungen. Weitere Anwendungen ergeben sich beim automatischen Wassermonitoring in Schwimmbädern und Wellness-Bereichen, bei der Prüfung von Systemen bei Herstellern von Anlagen zur Trinkwasseraufbereitung, -speicherung und -verteilung, sowie bei der Überwachung der mikrobiologischen Qualität des Trinkwassers bei größeren Verbrauchern wie z. B. Hotels.

Hintergrund BMBF-Verbundprojekt SEKT

Der BMBF-Verbund SEKT (Spezifische Detektion von einzelnen Keimen in Rein- und Trinkwasser) ist am 01.01.2012 im Rahmen der BMBF-Initiative „Optische Technologien in den Lebenswissenschaften – Grundlagen zellulärer Funktionen“ gestartet. Er baut konsequent auf der bisherigen BMBF-Förderung auf dem Gebiet der Life Science (also den Lebenswissenschaften) auf. In den Vorgänger-Verbundprojekten „OptoZell“ und „OMNIBUSS“ wurden die Grundlagenverfahren erarbeitet sowie molekularbiologische und spezifische Markierungstechniken erforscht. Das Projekt SEKT wird vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) über drei Jahre hinweg mit rund 2 Millionen Euro gefördert. Mit der Projektträgerschaft für das Verbundprojekt SEKT hat das BMBF die VDI Technologiezentrum GmbH in Düsseldorf beauftragt.

Projektpartner sind
• Helmut Hund GmbH, Wetzlar
• EADS Deutschland GmbH, München
• Fraunhofer-Institut für Zuverlässigkeit und Mikrointegration, München
• Fraunhofer-Institut für Angewandte Informationstechnik
• Institut für Medizinische Mikrobiologie und Hygiene der Universität Regensburg
• Institut für Wasserforschung GmbH, Dortmund
• Lehr- und Forschungsgebiet Life Science Informatik der RWTH Aachen
Die assoziierten Partner (Wasserwerke Westfalen, Dortmunder Energie- und Wasserversorgung, Energiedienstleistung Rhein-Neckar, Zentrale Versuchstierhaltung des Klinikums Uni Münster) stellen die Anwendbarkeit des erwarteten Demonstrators in den verschiedenen Anwendungsbereichen sicher.