Künstliche DNA-Strukturen sollen Pilzinfektion erkennen

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Autor: Scho

Schimmelpilze der Gattung Aspergillus können gefährliche Pilzinfektionen der Lungen und oberen Atemwege verursachen. Die nach den Erregern benannte Aspergillose kann in schweren Fällen auch zum Tod führen. Bisherige Tests sind jedoch teuer und zeitaufwendig. Forschende des Austrian Centre of Industrial Biotechnology (acib) und der Technischen Universität Wien entwickelten ein Diagnostiktool, das einen Schnelltest ermöglichen soll, wie das acib informierte.

Die Schlauchpilze der Gattung Aspergillus wachsen auf feuchtem Heu, Baumwollstoffen, Brot, Früchten, Holz, Tapeten oder Blumenerde und bilden Sporen aus, die über Staub in der Luft eingeatmet werden. Die meisten von uns atmen diese Sporen täglich ein und tragen keine gesundheitlichen Folgen davon, bei immunschwachen Menschen besteht allerdings ein höheres Risiko, eine Aspergillose zu bekommen.

„Zwar gibt es verschiedene Diagnostiken von Aspergillosen, darunter Lungen-Röntgen- und CT-Scans, Gewebeprobenentnahme, Bluttests bis hin zur Probenentnahme und Anzüchtung von Pilzkulturen im Labor, jedoch sind diese Tests teuer und zeitintensiv“, erklärte Matthias Steiger, Forscher am K2-Zentrum des acib und Associate Professor für Biochemie am Institut für Verfahrenstechnik, Umwelttechnik und technische Biowissenschaften an der Technischen Universität Wien. Dabei wäre es wichtig, das Vorhandensein der Schimmelpilze, bzw. eine Infektion frühzeitig zu erkennen.

Die Erkrankungen können noch dazu von unterschiedlichen Aspergillus-Spezies verursacht werden. „Um einen geeigneten Therapieansatz wählen zu können, ist es entscheidend, herauszufinden, welche der 40 gesundheitsschädlichen Stämme der insgesamt 450 Aspergillusarten eine Infektion ausgelöst haben“, ergänzte acib-Forscherin Valeria Ellena. Sie arbeitet gemeinsam mit Steiger an einem neuen Diagnostiktool auf Basis von DNA-Molekülen, die künstlich in vitro hergestellt werden.

„Unsere Plattformtechnologie fußt auf sogenannten DNA-Aptameren. Aptamere sind kurze, einzelsträngige und künstlich hergestellte DNA-Moleküle. Ihre Besonderheit ist, dass sie mittels ihrer 3D-Struktur an ein spezifisches Molekül binden können, zum Beispiel an Proteine wie zum Beispiel bakterielle Gifte oder niedermolekulare Stoffe – darunter Aminosäuren, Antibiotika und Viruspartikel, oder wie in unserem Fall invasive Pilzstämme. Das bedeutet, dass sie an ihre Zielmoleküle ähnlich stark binden wie etwa Antikörper das tun und eine hohe Spezifität erreichen“, erklärte Ellena den neuen Ausgangspunkt der Forschung. Aptamere wurden bisher schon wegen ihrer hohen chemischen Stabilität, niedrigen Immunogenizität und hohen Spezifität als Therapeutika, in der medizinischen Diagnostik und der Umweltanalytik verwendet. Dass sie auch als Detektor von Pilzinfektionen interessant sein könnten, sei laut Steiger ein neuer Ansatz.

Das Forscherteam erstellte in einem ersten Schritt eine Vielzahl von DNA-Oligonukleotiden unterschiedlicher Basenabfolge. Aus diesen Sequenzen werden mithilfe moderner Sequenziermethoden jene mit der höchsten Affinität für das Zielmolekül herausgefiltert. „Wir konzentrierten uns in erster Linie auf die Detektion von Sporen des Schwarzschimmelstamms Aspergillus niger und konnten bereits spezifische Bindungsreaktionen beobachten“, berichtete Ellena.

Schnell und in großen Mengen lieferbar

Die isolierten Aptamere stellen die Basis für die Entwicklung eines Schnelltests dar, der ähnlich wie ein SARS-CoV-2-Antigentest funktioniert. „Mit dem Unterschied, dass anstatt Antikörper unsere Aptamere verwendet werden. Letztere haben den Vorteil, aus synthetisierter DNA zu bestehen. Diese ist stets schnell in großen Mengen lieferbar, ist wesentlich günstiger als Antikörper und detektiert die Zielmoleküle schneller“, so Steiger.

Die Plattformtechnologie lasse sich auch auf weitere Aspergillusarten übertragen. Die daraus hervorgehenden Aptamere-Test-Kits würden „ein paar Euro“ kosten und ohne teures Laborequipment und geschultes Fachpersonal in kurzer Zeit ein Testergebnis zur Verfügung stellen. Zurzeit sei man jedoch noch auf der Suche nach Herstellern, die gemeinsam mit den Kooperationspartnern an der Karl Landsteiner Universität einen Prototypen bauen würden, um weitere Tests durchführen zu können, so Steiger.

Die Forschenden sagen der neuen Technologie ein breites Anwendungsfeld voraus. „Prinzipiell kann man so gut wie jeden Organismus isolieren und analysieren. Dies macht die Technologie einerseits als Instrument für die Forschung interessant. Andererseits könnten Detektionskits auch im Lebensmittelbereich eingesetzt werden, um Lebensmittel auf Mykotoxine – das sind von Schimmelpilzen produzierte Giftstoffe – zu überprüfen. Denkbar wäre auch die Messung von pathogenen Schimmelpilzsporen in der Luft innerhalb potenziell kontaminierter Umgebungen; oder aber auch in Spitälern, um Infektionen vorzubeugen“, wie Ellena in die Zukunft blickte.

(APA/red.)

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