Multiresistente Erreger schneller bekämpfen

Miniaturisierter Wachstumschip zur Erkennung bakterieller Resistenzen.

Wenn Ärzte eine Blutvergiftung diagnostizieren, geben sie dem Patienten sofort ein Breitbandantibiotikum. Doch oftmals wirkt das Medikament nicht. Der Grund: Multiresistente Erreger. Bislang dauert die Untersuchung auf Antibiotikaresistenzen mehrere Tage. Fraunhofer-Forscher entwickelt ein System, mit dem sie diese Zeitspanne auf neun Stunden verkürzen.

Laut WHO gehören Infektionen mit multiresistenten Erregern zu den größten Gesundheitsbedrohungen. Vor allem in Krankenhäusern sind die Keime auf dem Vormarsch. Eine der schwersten Infektionen ist die Blutvergiftung. In Deutschland sterben jährlich mehr als 56.000 Menschen an einer Sepsis.

Wer daran erkrankt, muss so schnell wie möglich behandelt werden. Doch das verabreichte Breitbandantibiotikum wirkt oftmals nicht –  die Bakterien sind resistent gegen das Medikament. Die Zeitspanne zwischen Verdachtsdiagnose und zielgerichteter Therapie kann bis zu fünf Tage dauern. Denn die Diagnostik von resistenten Bakterien beruht auf zeitaufwändigen Kulturverfahren.

Zielgerichtete Therapie nach neun Stunden

Ein neues modulares System soll diese Dauer erheblich verkürzen. Erste erfolgreiche Tests zeigen: Ärzte können künftig bereits nach neun Stunden eine zielgerichtete Therapie einleiten. Sowohl das die Infektion auslösende Bakterium sowie das wirksame Antibiotikum lassen sich identifizieren.

Im Projekt PathoSept entwickeln Forscher des Fraunhofer-Instituts für Angewandte Informationstechnik FIT gemeinsam mit Partnern einen Chip, auf dem sie das Wachstumsverhalten von Bakterien unter dem Einfluss von Antibiotika analysieren. Die Besonderheit: Die Projektpartner kombinieren verschiedene Verfahren, um die Dauer der Analyse zu minimieren und gleichzeitig die Kosteneffizienz zu meistern. »Aufgrund der phänotypischen und genotypischen Variabilität ist heutzutage kein einzelnes diagnostisches Verfahren in der Lage, durchweg verlässliche Ergebnisse zu liefern«, sagt Fouad Bitti, Wissenschaftler am Fraunhofer FIT.

Wachstum und Entwicklung des Erregers berechnen

Im Projekt vermehren die Forscher Erreger auf eine kritische Menge und geben sie anschließend in 96 Töpfchen mit Antibiotikum und Nährmedium. Der Wachstumsmonitor samt nötiger Analyse-Software beobachtet und dokumentiert in Echtzeit, wie sich die Erreger entwickeln. Algorithmen werten die aufgenommenen Bilder der Bakterien aus und extrapolieren die Wachstumskurve. So können die Wissenschaftler bereits nach einigen Stunden ermitteln, ob das jeweils eingesetzte Medikament wirkt oder ob die Bakterien dagegen resistent sind und sich ausbreiten.

Der Wachstumsmonitor berechnet mit seiner flexibel integrierbaren Software, wie sich die Erreger längerfristig entwickeln werden. Das Programm analysiert sowohl die Größe des Bakterienteppichs als auch das Verhältnis von lebenden zu abgetöteten Keimen. Die Forscher erhalten somit den Hinweis, welches Antibiotikum die Erreger am schnellsten abtötet, welche Konzentrationen erforderlich sind und welches Bakterium Resistenzen ausgebildet hat.