NANObeST

NANObeST - Forschungsansätze

Um Wasserproben auf bakterielle Pathogene und Toxine zu untersuchen, kommt das Verfahren der magnetischen Immunodetektion (MID) zum Einsatz. Hierbei binden mit Antikörpern beschichtete Nanosonden selektiv an die nachzuweisenden Pathogene oder Toxine. Zur Analyse werden zwei verschiedene Ansätze verfolgt:

© Fraunhofer IME | Florian Schröper

Klassische magnetische Immunodetektion

Im Sandwich-basierten MID-Prinzip können mehrere Antikörper z.B. an eine Bakterie binden. Das bedeutet, der Analyt bindet zunächst an die Anreicherungssäule. Zum Nachweis wird der Analyt magnetisch durch das Binden einer Antikörper-funktionalisierten Nanosonde markiert. Das magnetische Messsignal der Anreicherungssäule steigt dementsprechend mit der Analytkonzentration in der Probe. Zur Erhöhung der Sensitivität kann optional eine magnetische Aufkonzentration vorgeschaltet werden. Ein Problem dieser Methode ist jedoch, dass dadurch lebende und tote Keime nicht voneinander unterschieden werden können. Auch ist der klassische Ansatz für die Messung einer Gesamtkeimzahl nicht geeignet, da für jeden Keim ein spezifischer Antikörper vorhanden sein müsste. Dies ist jedoch bei der Vielzahl der Keime, die in Wasserproben vorkommen können, mit erheblichem Aufwand und damit einhergehenden hohen Kosten verbunden.

 

Kompetitive magnetische Immunodetektion

Für die Gesamtkeimzahlbestimmung sollen Botenstoffe der Keime, sogenannte Autoinducer nachgewiesen werden. Spezifische Antikörper für unterschiedliche Klassen von Autoinducern sollen generiert werden. Da Autoinducer nur von lebenden Bakterien gebildet werden und eine kurze Halbwertszeit haben, werden im Gegensatz zur klassischen MID nur lebende Bakterien nachgewiesen.

Die Autoinducer sind so klein, dass nur jeweils ein Antikörper binden kann. Die Anreicherungssäule wird mit einem Äquivalent des Analyten beschichtet. Die zugegebenen Nanosonden können nun entweder an die Säule oder an den freien Analyten binden. Sind nur wenige oder keine freien Analyten vorhanden, so binden viele Nanosonden an der Säule und ein hohes Signal wird gemessen. Ist hingegen das Wasser kontaminiert, binden viele Nanosonden an freie Analyte und es wird ein niedriges Signal gemessen.

 

Magnetische Multiplex-Detektion

Multiplex-Detektion ist die simultane Analyse zweier oder mehrerer Pathogene in einer Probe. Verschiedene Sorten magnetischer Nanosonden werden für unterschiedliche Analyte funktionalisiert. Das neuartige magnetische Frequenzmischungs-Detektionsverfahren kann die magnetischen »Fingerabdrücke« der verschiedenen Magnetpartikelsorten unterscheiden und damit einzelnen Pathogene separat untersuchen.

 

Aufbau der Messgeräte

Die Messgeräte sollen dem vom THW erarbeiteten Anforderungskatalog entsprechen. Großer Wert wird auf eine intuitive Bedienbarkeit gelegt, da viele ehrenamtliche Helferinnen und Helfer wenig Übung in der Handhabung der Geräte haben. Unter Einsatzbedingungen ist eine verständliche Menüführung, eine einfach lesbare Anzeige der Messergebnisse sowie Fehlererkennung wesentlich. Die Geräte müssen robust sein, um den widrigen Einsatzbedingungen im Feld standzuhalten, und trotzdem möglichst fehlerfrei zu  funktionieren. Insbesondere das mobile Gerät, mit dem direkt an Wasserquellen gemessen werden soll, muss unwirtlichen Umgebungsbedingungen widerstehen.