CANARY – Frühwarnsystem in der Erregerdiagnostik
Die aktuelle Weltlage (SARS, Suche nach biologischen Waffen) zeigt, wie wichtig ein zuverlässiger spezifischer und sensitiver Nachweis von Krankheitskeimen (Viren oder Bakterien) ist. Jeder Mediziner sieht sich täglich mit den Grenzen der heutigen Erregerdiagnostik konfrontiert. Eine amerikanische Gruppe stellt nun im Science eine neue Erregernachweismethode vor, welche auf einer biologischen „Warnblinkanlage“ beruht.
Die Gruppe um Rider et al. entwickelten am Massachusetts Institute of Technology eine neue Nachweismethode für Pathogene. Mittels gentechnischer Methoden stellten sie „Biosensor“-Zellen her, welche nach den ersten Erkenntnissen hoch spezifisch und sensitiv geringe Mengen von Viren und Bakterien erkennen können. Als Grundlage ihrer Nachweismethode verwendeten sie B-Lymphozyten. In vivo tragen diese Zellen unseres Abwehrsystems auf ihrer Oberfläche Rezeptormoleküle, welche spezifische Antigene erkennen und dadurch eine Signalkaskade auslösen, welche schlussendlich zur Aktivierung des Immunsystems führt. Nach einer Antigenerkennung steigt im Rahmen der Signalkette im B-Lymphozyten der Kalziumionengehalt an.
Die Forschergruppe baute mittels gentechnischer Methoden ein Gen der Qualle Aequoria victoria (1, rot) in B-Lymphozyten ein (vgl. schematische Darstellung). Dieses ermöglicht die Synthese eines Proteins (2), welches bei Kontakt mit Kalziumionen (3) Licht aussendet. Gleichzeitig fügten die Forscher in der so veränderten Zelle Gen-Sequenzen (4, blau) Pathogen-spezifischer Rezeptormoleküle (CD4-Rezeptoren, 5) ein, welche z.B. auf den Pesterreger reagieren. Somit konnte die spezifische Bindung eines Antigens (Virus oder Bakterium, 6) mit einem Lichtsignal kombiniert werden, und die Zelle leuchtet auf (7), wenn ein bestimmter Erreger vorkommt.
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Diese Methodik – CANARY (Cellular Analysis and Notification of Antigen Risks and Yields) genannt – könnte einen wichtigen Schritt in der schnellen und sicheren Diagnostik von Infektionerkrankungen, aber auch bei der Suche von Erregern in Nahrungsmitteln oder biologischen Kampfstoffen sein. Der Nachweis von Pestbakterien z.B. gelang den Forschern innerhalb von 3 Minuten – mit eine Fehlerrate von lediglich 0,4% falsch-positiven Resultaten.
