Videochip spürt Anthrax-Sporen auf

Aufquellverhalten soll Milzbranderreger verraten

Physiker der University of California/Berkeley haben mit hochauflösenden Videochips ein Verfahren entwickelt, das binnen zehn Minuten eine grobe Anthrax-Analyse ermöglicht. Bislang kann selbst mit moderner Labortechnik erst in Stunden über harmloses Mehl oder infektiösen Anthrax-Sporen entschieden werden. Die Grundlage des neuen Verfahrens bildet das charakteristische Quellverhalten von Bakteriensporen bei Feuchtigkeit.

Wenn es möglich ist, aufgrund der Größe oder der Aufquell-Charakteristik zwischen den Sporen zu unterscheiden, kann dies ein Test in Sekunden bis Minuten“, erklärt Andrew J. Westphal vom Space Sciences Laboratory. In ersten Versuchen zeigte sich, das sich die Sporen von vier verschiedenen Bacillus-Typen, B. thuringiensis, zwei Bodenbakterien, B. subtilis und B. megaterium größenmäßig stark unterschieden. Um festzustellen, ob sich die Sporengröße bei unterschiedlichen Umweltbedingungen ändert, untersuchten die Wissenschaftler die Sporengröße von B. thuringiensis bei variierenden Feuchtigkeitsstufen. Erste Entdeckung: Die Sporen quollen bei hoher Feuchtigkeit um rund vier Prozent. Zweite Erkenntnis: Das Aufquellen erfolgte in zwei Phasen. In weniger als 50 Sekunden quollen die Sporen um rund 2,9 Prozent und während der nächsten acht Minuten um zusätzliche 0,9 Prozent. Westphal und sein Kollege Buford Price führen dies auf eine rasche Wasserdiffusion in die die Spore umgebende Hülle und Rinde bzw. langsamere Diffusion in den Kern zurück.

Mit klassischen Lichtmikroskopen ist diese winzige Größenveränderung des nur zwei Millionstel Meter kleinen Mikroorganismus nicht erkennbar. Gelingen kann dies erst mit hochauflösenden CCD-Chips. Mit diesen auch in Videokameras verwendeten Chips konnten die Forscher das Aufquellen festhalten und analysieren. Durch den Vergleich mehrerer aufgenommener Bilder der aufgequollenen Sporen zu verschiedenen Zeitpunkten, erreichten Westphal und seine Kollegen mit einem automatisierten CCD-Chip-Mikroskop eine Auflösung von weniger als 20 Milliardstel Meter. Dies reicht aus, um das geringe Anschwellen der quellenden Sporen beobachten zu können.

Noch haben die Physiker mit dieser Methode allerdings noch keine Sporen des Milzbranderregers B. anthracis untersucht. Sie gehen aber davon aus, dass sich das optische Verfahren wegen der Ähnlichkeit zu B. thuringiensis auch als schneller und kostengünstiger Anthrax-Detektor verwenden lässt. “ Auch dann kann damit nicht vollkommen sicher auf Anthrax-Sporen geschlossen werden“, so Price. Aber die Methode erlaube wichtige Hinweise für nachfolgende Untersuchungen wie z.B. die Polymerase-Kettenreaktion, mit der mikrobielle Gene detektiert werden. Im nächsten Schritt wollen die Forscher die Sporen in weiteren Testreihen sehr genau unter die Lupe nehmen. Ziel ist es, für jede Sporenart das spezifische Quellverhalten zu bestimmen.