Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Infektionskrankheit schon vor ersten Symptomen nachweisbar

11.12.2012
Die afrikanische Schlafkrankheit ist eine südlich der Sahara weit verbreitete Infektionskrankheit.
Etwa 60 Millionen Menschen im Tropengürtel Afrikas laufen täglich Gefahr, sich mit der Schlafkrankheit zu infizieren. Doch nur etwa vier Millionen von ihnen werden durch Gesundheitskontrollen überwacht. Darmstädter Biologen haben nun einen Biosensor entwickelt, mit dem die Krankheit schon vor ihrem Ausbruch nachweisbar ist – mit einfachen und kostengünstigen Mitteln.

Die den ganzen Tag über aktive Tsetsefliege überträgt einen einzelligen Parasiten der Gattung Trypanosoma. Mit diesem Parasiten Infizierte sterben ohne Behandlung, aber auch eine Therapie im fortgeschrittenen Stadium, also einige Wochen bis Monate nach der Infektion, ist schwierig. Dann sind die Parasiten nämlich bereits in das Zentralnervensystem vorgedrungen, wo sie irreversible Schädigungen hervorrufen.
Ab diesem Zeitpunkt stehen nur noch hochtoxische Medikamente wie Arsenverbindungen zur Verfügung; wegen der schweren Nebenwirkungen muss die Behandlung im Krankenhaus vorgenommen werden und nicht selten kostet sie den Patienten sogar das Leben. Infiziert werden zudem auch Rinder. Die ausgemergelten Haustiere, die immer wieder in Fernsehberichten auftauchen, leiden nicht selten an der Schlafkrankheit. So zerstört die tückische Infektionskrankheit zusätzlich noch die Lebensgrundlage der Menschen in den gefährdeten Regionen.

Altes Verfahren mit neuen Mitteln

„Wir können nun schon vor dem Ausbruch der Krankheit mit wenigen Blutstropfen herausfinden, ob ein Mensch infiziert ist oder nicht“, berichtet Professor H. Ulrich Göringer von der Arbeitsgruppe Molekulare Genetik des Fachbereichs Biologie der TU Darmstadt. Er und seine Mitarbeiter haben für die Analyse einen neuartigen synthetischen Biosensor entwickelt. Hierfür kombinieren sie erstmals die Potentiometrie – ein altbekanntes Verfahren zum Nachweis eines Stoffes durch Messung von Spannungsänderungen – mit biologischen Molekülen, die als Nachweis-Sonden dienen. Diese Moleküle sind ionisch, tragen also eine elektrische Ladung, die sich bei Reaktion mit anderen Molekülen verändern kann. Diese Veränderung wird mit einer Mikroelektrode in einer Probelösung, zum Beispiel Blut, ermittelt. Die Elektrode ist aus Kohlenstoff-Nanoröhrchen aufgebaut, an die das biologische Molekül gekoppelt ist. Indem es an den spezifischen Parasiten bindet, wird dieser nachgewiesen.
Das biologische Molekül ist ein sogenanntes Aptamer, wird chemisch erzeugt und ist vergleichbar mit den Erbinformationen tragenden DNA- und RNA-Molekülen. Die Darmstädter haben ein für den Erreger der Schlafkrankheit spezifisches Aptamer entwickelt, das aufgrund seiner Struktur mit großer Spezifität an die Parasiten bindet. Benetzt man nun die aus Kohlenstoff-Nanoröhrchen und dem Aptamer bestehende Mikroelektrode mit einer Testlösung die den Erreger enthält, binden die Aptamere an die Trypanosomen, wodurch sich die Ladung der Moleküle ändert und damit die Spannung an der Elektrode. „Da die Nanoröhrchen sehr gut leitfähig sind, ist unsere Nachweismethode ultrasensitiv. Es genügen wenige Erreger-Moleküle in einem Blutstropfen.“

Die Tricks der Parasiten umgehen

Trypanosomen sind allerdings sehr wandlungsfähig. Um dem menschlichen Immunsystem zu entgehen, das Antikörper gegen die Eindringlinge bilden kann, haben sie ihre Zellmembran mit einer Schicht abwehrender Moleküle gepolstert. Diese sogenannten variablen Oberflächenantigene (variable surface glycoprotein, VSG) sind dazu da, die Antikörper des Immunsystems auszutricksen. Kaum hat sich das System auf das VSG eingestellt, switchen die Parasiten auf eine andere Variante um, sodass die Antikörper den Parasiten nicht mehr erkennen. Rund 1000 Varianten können die Erreger der Schlafkrankheit produzieren – genug, um sich ungestört zu vermehren.
Die Darmstädter haben jedoch eine Möglichkeit gefunden, die Parasiten ihrerseits auszutricksen. Das VSG verändert sich nämlich nicht in seiner gesamten Struktur, sondern lediglich in einer variablen „Schwanzregion“. Die an die Nanoröhrchen gehefteten RNA-Aptamere binden aber an den unveränderlichen Teil des Moleküls. Der liegt zwar im Inneren des VSG-Polsters, doch das Aptamer ist klein genug, um hindurchzuschlüpfen.

Mit Chips mehrere Krankheiten gleichzeitig nachweisen

„Das Messverfahren ist denkbar einfach“, begeistert sich Göringer, „es ist keinerlei biochemische Aufbereitung notwendig, und es genügen wenige Tropfen Blut, um die Parasiten nachzuweisen. Zwar gibt es im Blut sehr viele andere ionische, also geladene, Moleküle doch die können die Darmstädter dank der Zusammenarbeit mit Forschern der US-amerikanischen Harvard Medical School in Boston „als eine Art Rauschen wegdrücken“.

Struktur eines Aptamers zur Detektion von Erregern der Schlafkrankheit

Foto: TU Darmstadt

Das Kohlenstoff-Nanoröhrchen/Aptamer-Gemisch lässt sich über gängige Verfahren auf Papier oder auf Kunststoff aufsprühen wobei die Produktion zur Zeit im Bereich von fünf Dollar pro Anwendung liegt. „In zwei bis drei Jahren wollen wir aber die Massenproduktion möglich gemacht haben, wodurch das Verfahren billiger werden sollte“, prognostiziert Göringer. Nicht zuletzt könnten auch Haustiere so frühzeitig auf eine Infektion mit der Schlafkrankheit untersucht und die Lebensgrundlage der Menschen bewahrt werden.

Den Preis drücken wird noch eine weitere Idee: „Wir stellen uns vor, die biosensorische Mikroelektrode analog den an der TU Darmstadt entwickelten Verfahren zur ,gedruckten Elektronik‘ über gängige Druckverfahren als einfache Messchips oder Teststreifen zu produzieren.“ So könnte der Preis pro Messung auf ein bis zwei US-Dollar sinken. Das würde dem von der Weltgesundheitsorganisation WHO anvisierten Preis für die Kontrolle sogenannter „vernachlässigter Krankheiten“ entsprechen.

Das Interesse der Industrie an dieser vernachlässigten Krankheit ist erwartungsgemäß gering. Doch die Darmstädter sind optimistisch, trotz allem Partner für die Massenproduktion zu finden - zumal das Nachweisverfahren erweiterbar ist. „Wir wollen als nächstes einen Chip entwickeln, mit dem mehrere Infektionskrankheiten gleichzeitig nachweisbar werden. Generell ist unser Verfahren für jede beliebige Krankheit einsetzbar. Voraussetzung ist nur, dass Aptamere generiert werden, die die Erregermoleküle spezifisch binden. Hier liegt unsere Expertise“.

Pressekontakt

Prof. H. Ulrich Göringer
Tel. 06151 / 16 – 2855
Mail: goringer@hrzpub.tu-darmstadt.de

Jörg Feuck | idw
Weitere Informationen:
http://www.tu-darmstadt.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Medizin Gesundheit:

nachricht Aromatherapie bei COPD
12.05.2015 | Airnergy AG

nachricht Chronische Wunden können heilen
16.10.2017 | Universitätsklinik der Ruhr-Universität Bochum - Herz- und Diabeteszentrum NRW Bad Oeynhausen

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Medizin Gesundheit >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Smarte Sensoren für effiziente Prozesse

Materialfehler im Endprodukt können in vielen Industriebereichen zu frühzeitigem Versagen führen und den sicheren Gebrauch der Erzeugnisse massiv beeinträchtigen. Eine Schlüsselrolle im Rahmen der Qualitätssicherung kommt daher intelligenten, zerstörungsfreien Sensorsystemen zu, die es erlauben, Bauteile schnell und kostengünstig zu prüfen, ohne das Material selbst zu beschädigen oder die Oberfläche zu verändern. Experten des Fraunhofer IZFP in Saarbrücken präsentieren vom 7. bis 10. November 2017 auf der Blechexpo in Stuttgart zwei Exponate, die eine schnelle, zuverlässige und automatisierte Materialcharakterisierung und Fehlerbestimmung ermöglichen (Halle 5, Stand 5306).

Bei Verwendung zeitaufwändiger zerstörender Prüfverfahren zieht die Qualitätsprüfung durch die Beschädigung oder Zerstörung der Produkte enorme Kosten nach...

Im Focus: Smart sensors for efficient processes

Material defects in end products can quickly result in failures in many areas of industry, and have a massive impact on the safe use of their products. This is why, in the field of quality assurance, intelligent, nondestructive sensor systems play a key role. They allow testing components and parts in a rapid and cost-efficient manner without destroying the actual product or changing its surface. Experts from the Fraunhofer IZFP in Saarbrücken will be presenting two exhibits at the Blechexpo in Stuttgart from 7–10 November 2017 that allow fast, reliable, and automated characterization of materials and detection of defects (Hall 5, Booth 5306).

When quality testing uses time-consuming destructive test methods, it can result in enormous costs due to damaging or destroying the products. And given that...

Im Focus: Cold molecules on collision course

Using a new cooling technique MPQ scientists succeed at observing collisions in a dense beam of cold and slow dipolar molecules.

How do chemical reactions proceed at extremely low temperatures? The answer requires the investigation of molecular samples that are cold, dense, and slow at...

Im Focus: Kalte Moleküle auf Kollisionskurs

Mit einer neuen Kühlmethode gelingt Wissenschaftlern am MPQ die Beobachtung von Stößen in einem dichten Strahl aus kalten und langsamen dipolaren Molekülen.

Wie verlaufen chemische Reaktionen bei extrem tiefen Temperaturen? Um diese Frage zu beantworten, benötigt man molekulare Proben, die gleichzeitig kalt, dicht...

Im Focus: Astronomen entdecken ungewöhnliche spindelförmige Galaxien

Galaxien als majestätische, rotierende Sternscheiben? Nicht bei den spindelförmigen Galaxien, die von Athanasia Tsatsi (Max-Planck-Institut für Astronomie) und ihren Kollegen untersucht wurden. Mit Hilfe der CALIFA-Umfrage fanden die Astronomen heraus, dass diese schlanken Galaxien, die sich um ihre Längsachse drehen, weitaus häufiger sind als bisher angenommen. Mit den neuen Daten konnten die Astronomen außerdem ein Modell dafür entwickeln, wie die spindelförmigen Galaxien aus einer speziellen Art von Verschmelzung zweier Spiralgalaxien entstehen. Die Ergebnisse wurden in der Zeitschrift Astronomy & Astrophysics veröffentlicht.

Wenn die meisten Menschen an Galaxien denken, dürften sie an majestätische Spiralgalaxien wie die unserer Heimatgalaxie denken, der Milchstraße: Milliarden von...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Meeresbiologe Mark E. Hay zu Gast bei den "Noblen Gesprächen" am Beutenberg Campus in Jena

16.10.2017 | Veranstaltungen

bionection 2017 erstmals in Thüringen: Biotech-Spitzenforschung trifft in Jena auf Weltmarktführer

13.10.2017 | Veranstaltungen

Tagung „Energieeffiziente Abluftreinigung“ zeigt, wie man durch Luftreinhaltemaßnahmen profitieren kann

13.10.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

ESO-Teleskope beobachten erstes Licht einer Gravitationswellen-Quelle

16.10.2017 | Physik Astronomie

Was läuft schief beim Noonan-Syndrom? – Grundlagen der neuronalen Fehlfunktion entdeckt

16.10.2017 | Biowissenschaften Chemie

Gewebe mit Hilfe von Stammzellen regenerieren

16.10.2017 | Förderungen Preise