Magnetisierende Diagnostik

Magnetische Gram-Färbung zum Nachweis von Bakterien

17.07.2012: Für erste Verdachtsdiagnosen und um die Auswahl von Antibiotika zu vereinfachen, greift man seit langem auf die Gramfärbung von Bakterien als diagnostische Routine-Methode zurück. Auf einfache Weise lassen sich Bakterien damit unter dem Mikroskop in zwei Klassen einteilen: grampositiv und gramnegativ. Amerikanische Forscher stellen in der Zeitschrift Angewandte Chemie nun eine Weiterentwicklung vor: die magnetische Gramfärbung, mit deren Hilfe eine klassenspezifische automatische magnetische Detektion und Trennung möglich wird.

Die Gramfärbung wurde vor etwa hundert Jahren vom dänischen Bakteriologen Hans Christian Gram entwickelt. Bakterienkulturen werden dazu mit dem Farbstoff Kristallviolett gefärbt, der sich in die Mureinschicht der Bakterienzellwände einlagert. Durch Behandlung mit iodhaltiger Lösung entstehen wasserunlösliche Komplexverbindungen zwischen Kristallviolett und Iod. Es gibt zwei Klassen von Bakterien, die sich im Aufbau ihrer Zellwände unterscheiden. Die einen sind von einer dicken Mureinschicht umhüllt, die anderen Bakterien tragen nur eine dünne Mureinschicht. Während die anschließende Behandlung mit Ethanol den Farbkomplex aus der dünnen Mureinschicht herauslöst, bleibt er in der dicken Mureinschicht fest eingelagert. Bakterien, die sich so entfärben lassen, nennt man gramnegativ, solche, die dunkelviolett bleiben, grampositiv.

Wissenschaftler um Ralph Weissleder an der Harvard University in Boston (USA) haben die Gram-Färbung nun weiterentwickelt zu einem magnetischen Detektionsverfahren. Dazu knüpften sie einen „molekularen Haken“ an die Kristallviolett-Moleküle. Die Färbung läuft mit diesem modifizierten Farbstoff genauso wie mit dem Original. Nach der Färbung werden dann über die zu den „Haken“ passenden „Ösen“ magnetische Nanopartikel an den Farbstoff angehängt. Die Bakterien können nun einfach quantifiziert werden: Kernresonanz (NMR)-Geräte detektieren die Magnetisierung der Nanopartikel.

Man könnte vor dem Waschen mit Ethanol eine NMR-Messung durchführen, um die Summe an grampositiven und gramnegativen Bakterien zu erhalten, und einmal nach dem Waschschritt, um die Konzentration an grampositiven Bakterien zu ermitteln.

Vorteil der magnetischen Detektion ist ihre hohe Empfindlichkeit. Proben könnten möglicherweise ohne vorherige Aufreinigung und ohne eine Kultur der Bakterien direkt magnetisiert und gemessen werden. Mithilfe einfacher, aber empfindlicher miniaturisierter Mikro-NMR-Geräte, wie sie in der Arbeitsgruppe entwickelt wurden, ist eine rasche, aber empfindliche Vor-Ort-Diagnose denkbar. Außerdem könnte die Magnetisierung auch zur Abtrennung der Bakterien aus der Probe genutzt werden.

Originalveröffentlichung:
Dr. Ghyslain Budin, Dr. Hyun Jung Chung, Prof. Hakho Lee, Prof. Ralph Weissleder; A Magnetic Gram Stain for Bacterial Detection; Angewandte Chemie

Fakten, Hintergründe, Dossiers
Mehr über Angewandte Chemie
  • News

    Durchgedrehte Blutströpfchen

    Parasiteninfektionen wie Malaria und Schlafkrankheit betreffen Hunderte Millionen Menschen, vor allem in den ärmsten Regionen der Welt. Oft ist die Diagnose schwierig, da die Konzentration der Parasiten im Blut sehr gering sein kann. Britische Wissenschaftler haben jetzt eine einfache chipb ... mehr

    Neuer Ansatz für Malaria-Therapie?

    Zwei der dringlichsten Herausforderungen sind der Kampf gegen Nahrungsmittelknappheit und Infektionskrankheiten wie Malaria. Leider verlieren sowohl Herbizide zum Pflanzenschutz als auch Antiinfektiva rapide an Wirksamkeit, da die Zielorganismen Resistenzen entwickeln. Um beide Felder zu be ... mehr

    Nadelholz-Duft beeinflusst Klima

    Nadelbäume geben flüchtige Kohlenwasserstoffe ab, vor allem Terpene, die wir als charakteristischen Duft des Waldes wahrnehmen. In einer komplizierten Reaktionsfolge, an der Ozon und Schwefeldioxid beteiligt sind, sollen sie an der Entstehung von Aerosolen beteiligt sein, die dem Treibhause ... mehr

Mehr über Harvard University
  • News

    Magnetisierende Diagnostik

    Für erste Verdachtsdiagnosen und um die Auswahl von Antibiotika zu vereinfachen, greift man seit langem auf die Gramfärbung von Bakterien als diagnostische Routine-Methode zurück. Auf einfache Weise lassen sich Bakterien damit unter dem Mikroskop in zwei Klassen einteilen: grampositiv und g ... mehr

    Intelligente Katalyse ermöglicht kontrollierte Herstellung fluorierter Verbindungen

    Für seine herausragenden Forschungsbeiträge zu katalytischen Verfahren in der organischen Synthese erhält Professor Dr. Tobias Ritter von der Harvard University in Cambridge (USA) den BASF Catalysis Award 2011. Die mit 10.000 Euro dotierte Auszeichnung überreicht Dr. Friedrich Seitz, Leiter ... mehr

    Diagnostik mit gemustertem Papier

    Die Untersuchung biologischer Flüssigkeiten wie Blut und Urin ist für Diagnostik und Routinekontrollen essenziell. In abgelegenen, wenig industrialisierten Regionen oder für eine Notfall-Diagnostik vor Ort sind herkömmliche laboranalytische Methoden jedoch viel zu aufwändig. George M. White ... mehr

Ihr Bowser ist nicht aktuell. Microsoft Internet Explorer 6.0 unterstützt einige Funktionen auf Chemie.DE nicht.