Im Podcast „Mikroben im Visier“ erläutern Forschende des Leibniz-IPHT in Jena, wie die Raman-Spektroskopie resistente Bakterien innerhalb weniger Stunden nachweisen kann. Die Methode könnte künftig helfen, schneller wirksame Antibiotika auszuwählen und den Einsatz von Breitbandantibiotika zu reduzieren. 

Bei schweren Infektionen zählt jede Stunde. Ärztinnen und Ärzte müssen häufig schnell entscheiden, welches Antibiotikum eingesetzt werden soll. Bis feststeht, welches Antibiotikum gegen den jeweiligen Erreger wirksam ist, vergehen mit klassischen Resistenztests in der Bakterienkultur häufig ein bis mehrere Tage. In dieser Zeit erhalten Patientinnen und Patienten oft Breitbandantibiotika, die gegen möglichst viele Erreger wirken sollen. Das kann Leben retten, fördert jedoch gleichzeitig die Entstehung antimikrobieller Resistenzen.

Wie eine laserbasierte Diagnostik die Resistenztestung beschleunigen könnte, ist Thema der neuen Folge des Podcast des Leibniz-Forschungsverbunds INFECTIONS Mikroben im Visier. Darin erläutern Dr. Anja Silge und Marie-Luise Enghardt vom Leibniz-Institut für Photonische Technologien (Leibniz-IPHT), wie die Raman-Spektroskopie resistente Bakterien innerhalb weniger Stunden nachweisen kann. Die Methode könnte künftig helfen, schneller wirksame Antibiotika auszuwählen und den Einsatz von Breitbandantibiotika zu reduzieren. Im Gespräch mit Dr. Elisabeth Pfrommer und Dr. Christian Nehls beschreiben die beiden Wissenschaftlerinnen die Grundlagen der Raman-Spektroskopie. Die Methode basiert auf einem physikalischen Effekt, den der indische Physiker und Nobelpreisträger C. V. Raman bereits Anfang des 20. Jahrhunderts beschrieb. Wird eine Probe mit Laserlicht bestrahlt, verändert ein kleiner Teil des gestreuten Lichtes seine Energie. Aus den Veränderungen des gestreuten Lichts entsteht ein charakteristisches Spektrum, das Rückschlüsse auf die molekulare Zusammensetzung der Probe erlaubt.

Heute wird dieses Verfahren auch für biologische Proben eingesetzt, etwa für Krankheitserreger wie Escherichia coli, Staphylococcus aureus oder Klebsiella pneumoniae. Jedes Bakterium hinterlässt dabei einen charakteristischen „Lichtfingerabdruck“. Im Podcast erläutern die Forscherinnen, wie sich die Technologie für den Nachweis von Antibiotikaresistenzen einsetzen lässt. „Das spektrale Muster eines resistenten Bakteriums während der Antibiotika-Behandlung unterscheidet sich von dem eines sensitiven. So können wir schnell erkennen, ob das Antibiotikum wirkt oder nicht“, sagt Anja Silge. Hierfür werden die Bakterien zunächst etwa 90 Minuten mit Antibiotika inkubiert und anschließend mithilfe des Lasers analysiert. Einschließlich Auswertung dauert die gesamte Untersuchung rund drei Stunden. Dabei erreicht die Methode bereits eine Übereinstimmung von über 90 Prozent mit klinisch etablierten Resistenztests.

„Durch die verkürzte Diagnostikzeit kann man sehr gezielt das Antibiotikum einsetzen, das tatsächlich gegen den jeweiligen Keim wirkt“, sagt Dr. Anja Silge. So könnte der unnötige Einsatz von Breitbandantibiotika reduziert und die Entstehung resistenter Erreger eingedämmt werden.  Auf dem Weg in die Anwendung kommt die Technologie sichtbar voran. Das Forschungsteam arbeitet derzeit mit kompakten Raman-Geräten und speziellen Chips, für die bereits kleinste Mengen Probenmaterial ausreichen. Ziel ist es, robuste und standardisierte Ergebnisse zu erzielen. „Wir messen schon reale Patientenproben in der Klinik“, berichtet Marie-Luise Enghardt. Für eine breite klinische Anwendung sollen die Studien nun ausgeweitet und die Technologie in die Kleinserienfertigung überführt werden.