Forscher der Goethe-Universität Frankfurt und der Universität Kiel haben einen neuartigen Sensor zur Detektion von Bakterien entwickelt. Dieser basiert auf einem Chip mit einer innovativen Oberflächenbeschichtung, die sicherstellt, dass nur bestimmte Mikroorganismen, wie bestimmte Krankheitserreger, am Sensor haften bleiben. Je größer die Anzahl der Organismen, desto stärker ist das elektrische Signal, das der Chip erzeugt. Auf diese Weise kann der Sensor nicht nur gefährliche Bakterien mit hoher Empfindlichkeit erkennen, sondern auch deren Konzentration bestimmen.
Jedes Jahr fordern bakterielle Infektionen weltweit mehrere Millionen Menschenleben. Daher ist es entscheidend, schädliche Mikroorganismen zu erkennen – nicht nur in der Diagnose von Krankheiten, sondern auch beispielsweise in der Lebensmittelproduktion. Die bisher verfügbaren Methoden sind oft zeitaufwendig, erfordern teure Ausrüstung oder können nur von Spezialisten verwendet werden. Darüber hinaus können sie oft nicht zwischen aktiven Bakterien und ihren Zersetzungsprodukten unterscheiden.
Im Gegensatz dazu erkennt die neu entwickelte Methode nur intakte Bakterien. Die Wissenschaftler nutzen die Tatsache aus, dass Mikroorganismen nur bestimmte Körperzellen angreifen, die sie anhand der spezifischen Zucker-Molekülstruktur erkennen. Diese Matrix, bekannt als das Glykocalyx, unterscheidet sich je nach Zelltyp und dient gewissermaßen als Identifikator für die Körperzellen. Daher müssen wir lediglich die erkennbare Struktur im Glykocalyx der bevorzugten Wirtszelle des spezifischen Bakteriums kennen und diese als “Köder” verwenden, um ein bestimmtes Bakterium zu erfassen.
Genau das haben die Forscher getan. Sie beschichteten ihren Chip mit einem künstlichen Glykocalyx, der die Oberfläche dieser Wirtszellen nachahmt und somit sicherstellt, dass nur Bakterien des gezielten E. coli-Stamms am Sensor haften bleiben. Durch Anlegen einer elektrischen Spannung können sie ablesen, wie viele Bakterien an den Sensor gebunden haben. Die Studie zeigt, dass der Sensor die schädlichen Mikroorganismen auch in sehr kleinen Mengen nachweisen kann.
Der Artikel ist ein erster Beweis dafür, dass die Methode funktioniert. Im nächsten Schritt möchten die Arbeitsgruppen untersuchen, ob sie auch in der Praxis funktioniert. Eine Anwendung in Regionen, in denen es keine Krankenhäuser mit hochentwickelten Labordiagnosen gibt, ist beispielsweise denkbar.