Leuchten entlarvt gefährliche Bakterien

Infektionen durch Lebensmittel werden weltweit oft durch Salmonellen oder Listerien verursacht; sie können tödlich sein. Entsprechend wichtig ist ein rascher, zuverlässiger Nachweis in Lebensmitteln und Anlagen der Lebensmittelproduktion.

In der Zeitschrift Angewandte Chemie stellen Wissenschaftler eine neue auf Chemilumineszenz basierende ultraempfindliche Methode für die direkte Detektion von Salmonella und Listeria monocytogenes vor. Aufgrund der Einfachheit und Empfindlichkeit der Methode ist der Test deutlich schneller als herkömmliche Methoden und kann auch außerhalb eines Labors vor Ort durchgeführt werden.

Schätzungen zufolge erkranken allein in den USA jährlich etwa eine Million Menschen an Salmonellen-Infektionen, 380 sterben an den Folgen. Auch Infektionen mit Listerien können in vielen Fällen tödlich enden. Die gängigen Testmethoden erfordern zumeist das Anlegen von Bakterienkulturen in einem Sicherheitslabor. Ein eindeutiges Ergebnis auf Basis von Standarddiagnosen liegt oft erst nach zwei bis sechs Tagen vor.

Forscher um Urs Spitz und Doron Shabat von der Universität Tel Aviv, der Nemis Technologies AG (Zürich), der Zürcher Hochschule für Angewandte Wissenschaften sowie der Biosynth AG (Staad, Schweiz) stellen jetzt eine neue effiziente Methode vor, die Salmonellen und Listerien ultraempfindlich und dabei wesentlich rascher nachweist.

Sie basiert auf Chemilumineszenz – der Emission von Licht aufgrund einer chemischen Reaktion. Die Einfachheit der Tests ermöglicht die Anreicherung von Bakterien und deren Detektion in einem Teströhrchen ohne weitere Probenvorbereitung, sodass kein Sicherheitslabor benötigt wird. Gegenüber gängigen Fluoreszenz-Sonden zeigten sich die Chemilumineszenz-Sonden ca. 600 mal empfindlicher.

Erfolgsgeheimnis sind zwei speziell entwickelte Sonden-Moleküle aus einem „Leuchtstoff“ (ein Phenoxy-Dioxetan) und einem „Auslöser“. In dieser Form leuchtet die Sonde (noch) nicht. Der Auslöser wurde für das jeweils nachzuweisende Bakterium maßgeschneidert: Er wird von einem spezifischen Enzym des Erregers erkannt – im Fall der Salmonellen von einer speziellen Esterase, im Fall der Listerien von einer speziellen Phospholipase C – und vom Leuchtstoff abgespalten.

Das löst eine chemische Reaktion aus, in deren Verlauf der Leuchtstoff weitere Molekülteile abspaltet und die bei der Reaktion entstehende Energie in Form eines sehr intensiven grünen Leuchtens abstrahlt. Tests mit verschiedenen Bakterienarten belegten, dass die auf Listerien zugeschnittene Sonde ausschließlich auf Listeria monocytogenes, nicht aber auf andere, nicht-pathogene Listeria-Stämme reagiert.

Anhand der Stärke des Leuchtens ist die Bakterienkonzentration quantifizierbar. Die Tests sind dabei so empfindlich, dass u.a. eine Anzahl von zehn Salmonellen innerhalb von sechs Stunden der Anreicherung nachgewiesen werden konnte. Auch bereits eingetrocknete Bakterien lassen sich von Oberflächen per Tupfer abnehmen und detektieren.

Die Forscher sind zuversichtlich, dass ihr neuer Ansatz breit angewendet werden kann, um spezifische Chemilumineszenz-Sonden für weitere Bakterienarten zu entwickeln.

Angewandte Chemie: Presseinfo 16/2019

Autor: Doron Shabat, Tel Aviv University (Israel), http://www3.tau.ac.il/shabat/

Angewandte Chemie, Postfach 101161, 69451 Weinheim, Germany

https://doi.org/10.1002/ange.201904719

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