Massenspektrometrie revolutioniert die schnelle Identifikation von Krankheitserregern

Die Diagnose von bakteriellen Infektionen ist seit Jahrzehnten eine Herausforderung in der medizinischen Praxis. Klassischerweise erfolgt diese durch die Isolierung von Pathogenen und deren Anzucht in Bak­terienkulturen, was nicht selten mehrere Tage in Anspruch nimmt. Während dieser Zeit sind Ärzte gezwungen, Behandlungen oft auf Verdacht hin zu beginnen, was nicht nur den Therapieerfolg beeinträchtigen, sondern auch zur Entstehung von Antibiotikaresistenzen beitragen kann. Die schnellstmögliche Identifikation der Erreger ist daher von entscheidender Bedeutung für eine erfolgreiche Therapie und für die Vermeidung unnötiger Antibiotikaanwendungen. Forschungen an der Technischen Universität München (TUM) und am Imperial College London haben nun eine bahnbrechende Methode entwickelt, die den Diagnoseprozess drastisch beschleunigt.

Mittels moderner Massenspektrometrie ist es möglich, die Stoffwechselprodukte von Bakterien direkt in Gewebe- oder Stuhlproben zu erkennen. Diese Methode erlaubt die Identifizierung von Krankheitserregern innerhalb von nur wenigen Minuten, anstatt wie bisher mehrere Tage zu benötigen. Im Gegensatz zu herkömmlichen Verfahren, die den Erreger selbst suchen, konzentriert sich das Team unter der Leitung von Prof. Nicole Strittmatter und Dr. James S.

McKenzie darauf, charakteristische metabolische Abbauprodukte von Bakterien nachzuweisen. Diese Stoffwechselprodukte dienen als Biomarker und geben Aufschluss darüber, welche Bakterien in einer Probe vorhanden sind. Durch die Analyse der metabolischen Signaturen wird die Notwendigkeit umgangen, die Erreger erst anzüchten zu müssen, was den erheblichen Zeitgewinn erklärt. Eine wesentliche Grundlage für diesen Fortschritt stellt eine umfangreiche Datenbank dar, in der bislang 232 medizinisch relevante Bakterienarten und ihre metabolischen Profile erfasst sind. Diese Datenbank ermöglicht die schnelle und präzise Zuordnung von Massenspektren zu spezifischen Pathogenen.

Das Potenzial für die Medizin ist enorm, denn unter den identifizierten Bakterien befinden sich solche, die mit ernsten Krankheiten wie Magenkrebs, verschiedenen Formen von Lungenentzündung, Meningitis, Frühgeburten, Gonorrhoe und Blutvergiftungen assoziiert sind. Die Geschwindigkeit, mit der die Massenspektrometrie Daten liefert, eröffnet völlig neue Möglichkeiten in der klinischen Diagnostik. Gerade in akuten Fällen, beispielsweise bei lebensbedrohlichen Infektionen, kann eine rasche Diagnosestellung lebensrettend sein. Darüber hinaus ermöglicht die Methode auch ein gezieltes und personenbezogenes Therapiemanagement. Dies ist ein bedeutender Schritt hin zur personalisierten Medizin, bei der die Behandlung genau auf den Patienten und die jeweilige Krankheitssituation zugeschnitten wird.

Ein weiterer wichtiger Aspekt ist die potenzielle Verringerung des unnötigen Einsatzes von Breitbandantibiotika. Die gezielte Behandlung durch rasche Erregeridentifikation trägt zur Senkung der Antibiotikaresistenzen bei, die eine der größten globalen Bedrohungen für die Gesundheit darstellen. Somit leistet die innovative Massenspektrometrie-Methode nicht nur einen klinischen, sondern auch einen gesellschaftlichen Beitrag. Die Integration dieser Technologie in die klinische Routine erfordert jedoch die Erweiterung und Vertiefung der Datenbank. Denn insgesamt sind über 1.

400 bakterielle Pathogene bekannt, und es gilt, die metabolischen Profile möglichst vollständig zu erfassen, um ein umfassendes Diagnosespektrum zu gewährleisten. Dieses Ziel verfolgen die Forscher, die kontinuierlich weitere Bakterienstämme und deren Stoffwechselprodukte analysieren. Neben der klinischen Anwendung birgt die Methode auch Potenzial für die Grundlagenforschung. Die Analyse metabolischer Prozesse in Bakterien kann neue Erkenntnisse über Infektionsmechanismen und Bakterienverhalten liefern. Zudem könnten durch die Identifikation spezifischer Biomarker neue Therapieansätze und diagnostische Verfahren entwickelt werden.

Die massenspektrometrische Methode überzeugt durch ihre Präzision, Geschwindigkeit und die breite Einsetzbarkeit bei verschiedensten Probenmaterialien. Im Vergleich zu anderen molekularen Techniken wie der Polymerase-Kettenreaktion (PCR) oder Fluoreszenz-in-situ-Hybridisierung (FISH) ermöglicht sie eine umfassende, nicht zielgerichtete Erfassung von Pathogenen auf Basis ihrer Stoffwechselprodukte. Diese universelle Detektionsmethode ist besonders wertvoll bei Mischinfektionen oder seltenen Bakterienarten, die mit klassischen Vorgehensweisen schwer zu entdecken sind. Aus Sicht der Patienten bedeutet dies eine schnellere Diagnosestellung, maßgeschneiderte Therapien und eine bessere Prognose. Die schnelle Erkennung des Infektionserregers minimiert Komplikationen, verkürzt Krankenhausaufenthalte und senkt die Behandlungskosten.

Auch die Präzision in der Infektionskontrolle binnen medizinischer Einrichtungen wird durch eine verbesserte Diagnostik gestärkt. Die Vision der Forscher ist es, eine Routinekontrolle zu schaffen, bei der Ärzte dank einer schnell arbeitenden, einfach anwendbaren Massenspektrometrie-Technologie binnen Minuten Klarheit über die Infektionsursache erhalten. Dazu gehört auch die Entwicklung benutzerfreundlicher Geräte und automatisierter Analyseverfahren, die sich unkompliziert in den klinischen Alltag integrieren lassen. Zusammenfassend markiert die innovative Nutzung der Massenspektrometrie einen bedeutenden Fortschritt in der medizinischen Diagnostik und der Bekämpfung bakterieller Infektionen. Die Kombination aus schneller Erkennungszeit, präziser Identifikation und der Ausweitung der biomarkerbasierten Datenbank bietet großes Potenzial, um den Umgang mit Infektionskrankheiten weltweit zu verbessern.

Diese Technologie könnte in Zukunft das Gesundheitswesen nachhaltig beeinflussen und sowohl Patienten als auch medizinisches Personal erheblich entlasten. Mit weiteren Forschungen, Datenbankerweiterungen und der Implementierung in klinische Abläufe steht die Massenspektrometrie am Beginn einer neuen Ära der Infektionsdiagnostik, die das Motto verkörpert, Krankheitserreger nicht nur zu erkennen, sondern auch in Rekordzeit zu bekämpfen.