Erreger entlarven fern vom Labor

13.02.2013: Infektionskrankheiten wie Malaria und Syphilis lassen sich im Feldeinsatz rasch und zuverlässig mit einem Test diagostizieren, den kanadische Wissenschaftler entwickelt haben. Der Test basiert auf dem Einsatz von DNAzymen und Goldnanopartikeln. Wie die Forscher berichten, lassen sich damit sowohl Bakterien und Viren als auch Parasiten empfindlich nachweisen.

Um die Verbreitung gefährlicher Infektionskrankheiten zu verhindern, müssen diese rechtzeitig erkannt werden. Das Erbmaterial von Erregern ist als Biomarker ideal und per PCR gut nachweisbar – allerdings nur, wenn eine teure Laborausstattung und geschultes Personal zur Verfügung stehen. In entlegenen Gebieten oder Entwicklungsländern ist dies oft nicht der Fall. Einfache, kostengünstige, dabei aber empfindliche, spezifische Verfahren werden als Alternative benötigt.

Kyryl Zagorovsky und Warren C. W. Chan von der Universität Toronto haben nun zwei moderne Techniken auf neuartige Weise miteinander kombiniert: Sie setzen DNAzyme als Signalverstärker und Goldnanopartikel zur Detektion ein. Goldnanopartikel (GNPs) absorbieren Licht; die Wellenlänge hängt davon ab, ob sie als separate Teilchen oder Aggregate vorliegen. Den Farbwechsel kann man mit bloßem Auge erkennen. Eine Lösung vereinzelter Partikel wirkt rötlich, Aggregate zeigen blauviolette Färbung.

DNAzyme sind künstliche DNA-Moleküle, die andere Nukleinsäuremoleküle enzymtisch spalten können. Die Forscher zerlegen ein solches DNAzym in zwei inaktive Hälften, die beide selektiv an einen spezifischen Genabschnitt des gesuchten Erregers binden, somit wieder vereint und aktiviert werden.

Für das Testverfahren stellten die Wissenschaftler zwei Sätze von GNPs her, an die sie zwei verschiedene Typen von DNA-Strängen, Typ A und Typ B, knüpften. Zudem synthetisierten sie ein dreiteiliges „Verbindungsstück“ aus DNA: Das eine Ende ist das Gegenstück zu DNA Typ A, das zweite Ende das Gegenstück zu Typ B. Der Mittelteil wurde so konstruiert, dass er von aktivierten DNAzymen gespalten werden kann.

Ist die untersuchte Probe frei vom gesuchten Erreger, bleiben die DNAzyme inaktiv, die Verbindungsstücke bleiben heil, docken mit ihren beiden Enden jeweils an ein GNP und vernetzen die GNPs zu größeren Aggregaten, die Lösung wird blauviolett. Ist der Krankheitserreger dagegen in der Probe, werden die DNAzyme aktiviert und spalten die Verbindungsstücke. Nun docken nur noch Bruckstücke an die DNA-Stränge der GNPs an, die diese nicht miteinander verbinden können. Die Lösung bleibt rötlich. Da jedes aktivierte DNAzym viele Verbindungsstücke spaltet, wird eine Verstärkung erreicht.

Das neue Testprinzip ist einfach, kostengünstig und für jede Art von Krankheitserreger herstellbar, wie die Forscher anhand des Nachweises von Gonorrhoe, Syphilis, Malaria und Hepatitis B zeigen konnten. In gefriergetrocknetem Zustand sind die Reagenzien problemlos haltbar – wichtige Voraussetzung für den Einsatz vor Ort.

Originalveröffentlichung:
Warren C. W. Chan, A Plasmonic DNAzyme Strategy for Point-of-Care Genetic Detection of Infectious Pathogens, Angewandte Chemie