Tuberkulose ist an sich gut zu behandeln, die zunehmende Entwicklung von Resistenzen bereitet allerdings Probleme. Vielen Antibiotika-Resistenzen liegen ganz spezifische Genveränderungen (Mutationen) im Erbgut der Erreger zugrunde. Zum Beispiel verursacht der Austausch eines einzigen Gen-Bausteins im Erbgut des Tuberkulose-Erregers bereits eine Unempfindlichkeit gegen das Antibiotikum Rifampicin. Bei bedrohlichen Infektionen ist es für den Patienten überlebenswichtig, schnell zu klären, welches Medikament ihm helfen kann. Die gängigen Methoden zum Resistenznachweis nehmen aber gerade bei Mikroorganismen wie den Tuberkuloseerregern, die in der Kulturschale nur sehr langsam wachsen, zuviel Zeit in Anspruch. Wissenschaftler um Dr. Jens-Peter Knemeyer vom Deutschen Krebsforschungszentrum und von den Universitäten Heidelberg und Bielefeld haben nun ein hochempfindliches Testverfahren entwickelt, das diese Genveränderung auf der Ebene des Einzelmoleküls nachweisen kann und damit Auskunft über den Resistenzstatus eines Infizierten gibt.
Zielgerichtete Kopplung zwischen Sonde und Zielmolekül
Das neue Verfahren beruht auf der Kombination zweier älterer Methoden – Hybridisierung und konfokale Mikroskopie – und wird als Einzelmolekül-Fluoreszenz-Spektroskopie bezeichnet. Zunächst werden kleine DNA-Sonden, die hochspezifisch an die gesuchten, veränderten (mutierten) Gensequenzen binden können , synthetisch hergestellt. Diese DNA-Sonden sind mit einem Fluoreszenzfarbstoff gekoppelt, der unter Laserlicht aufleuchtet. Dieses Leuchtsignal erscheint jedoch nur dann, wenn die Sonde sich tatsächlich an ihre Zielsequenz auf dem Bakterienerbgut angelagert hat. Jeder dieser Mini-Lichtblitze, die entstehen, wenn sich Sonde und Zielmolekül aneinander binden, weist ein einziges mutiertes DNA-Molekül nach. Das macht die Testmethode hochempfindlich. "Ungebundene" Sondenmoleküle geben hingegen kein Signal ab.
Universell einsetzbar
Der Nachweis einer solchen Resistenz verursachenden Genveränderung (Punktmutation) im Erbgut des Tuberkelbazillus ist nur eine von zahlreichen Einsatzmöglichkeiten der Einzelmolekül-Fluoreszenz-Spektroskopie. Denn im Gegensatz zu anderen Verfahren kann diese Untersuchungsmethode auch in lebenden Zellen durchgeführt werden. „Ebenso gut wie DNA-Mutationen können wir mit geeigneten Sonden theoretisch alle Moleküle in einer Zelle nachweisen, die kennzeichnend für eine bestimmte Erkrankung sind“, erklärt Dr. Jörg Hoheisel, Leiter der Abteilung Funktionelle Genomanalyse im Deutschen Krebsforschungszentrum.
Quelle: Nucleic Acids Research (2006): Band 34. Zusammenfassung (abstract)