Den Feind entlarven

Kohlenstoffnanoröhrchen und Aptamere: Neuer Biosensor weist extrem niedrige Bakterienkonzentrationen schnell, einfach und zuverlässig nach

Bakterielle Krankheitserreger weist man üblicherweise nach, indem man sie zunächst anreichert, abtrennt, identifiziert und die Bakterien dann zählt. Eine solche Prozedur dauert meist mindestens zwei Tage ab dem Eintreffen der Probe im Labor. Auf der Wunschliste ganz oben stehen Tests, die wesentlich schneller, vor Ort, ohne aufwendige Probenvorbereitung und dabei dennoch exakt und fehlerfrei arbeiten. Ein spanisches Forscherteam um Jordi Riu und F. Xavier Rius von der Universität Rovira i Virgili in Tarragona hat nun einen neuen Ansatz für die Realisierung dieses Wunsches entwickelt: Mit einem neuartigen Biosensor gelang ihnen der Nachweis extrem geringer Konzentrationen des Typhuserregers Salmonella typhi. Die neue Methode basiert auf elektrochemischen Messungen mit Kohlenstoffnanoröhrchen, die mit Aptameren als bakterienspezifischen Bindestellen ausgestattet sind. Binden Bakterien an die Aptamere, lässt sich eine veränderte elektrische Spannung detektieren.

Aptamere sind künstliche kurze DNA- oder RNA-Stränge, die sich gezielt so herstellen lassen, dass sie ein ganz bestimmtes Zielmolekül spezifisch binden. Ein Aptamer, das spezifisch an Salmonellen bindet, war vor kurzem entwickelt worden. Dieses Aptamer wählten die spanischen Wissenschaftler für ihren Biosensor. Über spezielle zusätzliche funktionelle Gruppen verankerten sie die Aptamere fest an Kohlenstoffnanoröhrchen, welche zuvor in Form einer hauchfeinen Schicht auf eine Elektrode aufgetragen worden waren.

In Abwesenheit von Salmonellen legen sich die Aptamere eng an die Wände der Kohlenstoffnanoröhrchen an. Gelangt der Biosensor in eine salmonellenhaltige Probe, bleiben die Mikroben an den Aptameren wie an einer Leimrute haften. Dies beeinflusst die Wechselwirkung zwischen Aptamer und Nanoröhrchen, was sich als Veränderung der Elektrodenspannung innerhalb von Sekunden bemerkbar macht.

Mit ihrem Biosensor waren die Forscher in der Lage, eine Bakterienkonzentration nachzuweisen, die einer Salmonelle in 5 ml Medium entspricht. Quantitative Messungen waren bis zu einer Konzentration von etwa 1000 Salmonellen pro Milliliter möglich. Der Biosensor misst dabei spezifisch: Auf andere Bakterien als Salmonella typhi reagierte er nicht. "Unsere neue Methode macht den Nachweis von Mikroorganismen so schnell und einfach wie eine Messung des pH-Wertes," sagen Riu und Rius.

Gesellschaft Deutscher Chemiker e.V.


Weitere Infos:

• Originalveröffentlichung:
  Gustavo A. Zelada-Guillén, Jordi Riu, Ali Düzgün, F. Xavier Rius: Immediate Detection of Living Bacteria at Ultralow Concentrations Using a Carbon Nanotube Based Potentiometric Aptasensor. Angewandte Chemie, published online 30 Jun 2009
  http://dx.doi.org/10.1002/ange.200902090

AL