{"id":79456,"date":"2024-03-25T16:36:11","date_gmt":"2024-03-25T15:36:11","guid":{"rendered":"https:\/\/aktuelles.uni-frankfurt.de\/?p=79456"},"modified":"2024-03-25T16:36:12","modified_gmt":"2024-03-25T15:36:12","slug":"neuartiger-elektronischer-sensor-erkennt-gefaehrliche-bakterien","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/aktuelles.uni-frankfurt.de\/en\/forschung\/neuartiger-elektronischer-sensor-erkennt-gefaehrliche-bakterien\/","title":{"rendered":"Neuartiger elektronischer Sensor erkennt gef\u00e4hrliche Bakterien"},"content":{"rendered":"

Forschende der Goethe-Universit\u00e4t Frankfurt und der Christian-Albrechts-Universit\u00e4t zu Kiel haben einen neuartigen Bakterien-Sensor entwickelt. Er basiert auf einem Chip mit einer innovativen Oberfl\u00e4chen-Beschichtung. Sie sorgt daf\u00fcr, dass nur ganz spezifische Mikroorganismen an dem Sensor kleben bleiben \u2013 beispielsweise bestimmte Krankheitserreger. Je gr\u00f6\u00dfer ihre Anzahl, desto st\u00e4rker das elektrische Signal, das der Chip erzeugt. Der Sensor kann gef\u00e4hrliche Bakterien also nicht nur mit hoher Empfindlichkeit nachweisen, sondern auch ihre Konzentration bestimmen.<\/strong><\/p>\n\n\n\n

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Wenn man gesuchte Erreger mit einer ma\u00dfgeschneiderten Oberfl\u00e4che k\u00f6dert, sortieren sie sich gewisserma\u00dfen selbst aus einem Gemisch vieler unterschiedlicher Bakterien aus. Damit ist es einfach, sie auf elektronischem Weg nachzuweisen. Grafik: Sebastian Balser, AG Andreas Terfort, Goethe-Universit\u00e4t Frankfurt<\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n
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Bakterielle Infektionen fordern jedes Jahr weltweit mehrere Millionen Menschenleben. Der Nachweis sch\u00e4dlicher Mikroorganismen ist daher immens wichtig – nicht nur in der Krankheitsdiagnostik, sondern etwa auch bei der Herstellung von Lebensmitteln. Die bislang verf\u00fcgbaren Verfahren sind jedoch oft zeitaufw\u00e4ndig, erfordern teure Ger\u00e4te oder lassen sich nur von Fachleuten durchf\u00fchren. Au\u00dferdem k\u00f6nnen sie h\u00e4ufig nicht zwischen aktiven Bakterien und deren Zerfallsprodukten unterscheiden.<\/p>\n\n\n\n

Die neu entwickelte Methode weist dagegen nur intakte Bakterien nach. Sie nutzt dazu aus, dass Mikroorganismen stets nur bestimmte K\u00f6rperzellen befallen, die sie an einer Struktur aus speziellen Zuckermolek\u00fclen erkennen. Diese sogenannte Glykokalyx ist von Zelltyp zu Zelltyp verschieden. Sie dient den K\u00f6rperzellen gewisserma\u00dfen als Ausweis. M\u00f6chte man ein bestimmtes Bakterium fangen, muss man daher nur die entsprechende Erkennungsstruktur in der Glykokalyx seiner bevorzugten Wirtszelle kennen und kann diese dann gewisserma\u00dfen als K\u00f6der benutzen.<\/p>\n\n\n\n

Genau das haben die Forschenden auch gemacht. \u201eWir wollten in unserer Studie einen bestimmten Stamm des Darmbakteriums Escherichia coli \u2013 <\/em>kurz: E. coli \u2013 <\/em>nachweisen\u201c, erkl\u00e4rt Prof. Andreas Terfort vom Institut f\u00fcr Anorganische und Analytische Chemie der Goethe-Universit\u00e4t. \u201eWir wussten, welche Zellen der Erreger normalerweise infiziert. Das haben wir genutzt, um unseren Chip mit einer k\u00fcnstlichen Glykokalyx zu \u00fcberziehen, die die Oberfl\u00e4che dieser Wirtszellen imitiert. An dem Sensor bleiben daher nur Bakterien von dem gew\u00fcnschten E.-coli<\/em>-Stamm kleben.\u201c<\/p>\n\n\n\n

E. coli<\/em> verf\u00fcgt \u00fcber zahlreiche kleine \u00c4rmchen, die sogenannten Pili. Mit ihnen erkennt das Bakterium die Glykokalyx seines Wirts und h\u00e4lt sich an ihr fest. \u201eDie Bakterien binden mit ihren Pili gleich mehrfach an den Sensor; sie haften an ihm dadurch besonders stark\u201c, sagt Terfort. Die k\u00fcnstliche Glykokalyx ist zudem chemisch so aufgebaut, dass Mikroben, die nicht \u00fcber die passenden \u00c4rmchen verf\u00fcgen, von ihr abgleiten – \u00e4hnlich wie Gebratenes von einer gut gefetteten Pfanne. Das stellt sicher, dass wirklich nur die krankmachenden E.-coli-<\/em>Bakterien festgehalten werden.<\/p>\n\n\n\n

Doch wie l\u00e4sst sich nachweisen, dass an der k\u00fcnstlichen Glykokalyx Bakterien h\u00e4ngen? \u201eWir haben die Zuckermolek\u00fcle an einem leitf\u00e4higen Polymer befestigt\u201c, erkl\u00e4rt der Erstautor der Ver\u00f6ffentlichung, Sebastian Balser, Doktorand bei Prof. Terfort. \u201e\u00dcber diese \u201aDr\u00e4hte\u2018 k\u00f6nnen wir durch Anlegen einer elektrischen Spannung ablesen, wie viele Bakterien an den Sensor gebunden haben.\u201c<\/p>\n\n\n\n

Die Studie dokumentiert, wie gut das klappt: In ihr mischten die Forschenden Erreger aus dem gesuchten E.-coli<\/em>-Stamm in verschiedenen Konzentrationen unter harmlose E.-coli<\/em>-Bakterien. \u201eUnser Sensor konnte die sch\u00e4dlichen Mikroorganismen auch noch in sehr geringen Mengen nachweisen\u201c, erkl\u00e4rt Terfort. \u201eEr lieferte zudem umso st\u00e4rkere Signale, je h\u00f6her die Konzentration der gesuchten Bakterien war.\u201c<\/p>\n\n\n\n

Die Ver\u00f6ffentlichung ist zun\u00e4chst einmal ein Nachweis, dass die Methode funktioniert. In einem n\u00e4chsten Schritt wollen die beteiligten Arbeitsgruppen untersuchen, ob sie sich auch in der Praxis bew\u00e4hrt. Es ist beispielsweise denkbar, sie in Regionen einzusetzen, in denen keine Krankenh\u00e4user mit aufw\u00e4ndiger Labordiagnostik existieren.<\/p>\n\n\n\n

Publikation: <\/strong>Sebastian Balser, Michael R\u00f6hrl, Carina Spormann, Thisbe K. Lindhorst,, Andreas Terfort: Selective Quantification of Bacteria in Mixtures by Using Glycosylated Polypyrrole\/Hydrogel Nanolayers<\/strong>. ACS Applied Materials & Interfaces Article ASAP; https:\/\/doi.org\/10.1021\/acsami.3c14387<\/a><\/p>","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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