Mein Vorschlag Für Neue MRSA Diagnostische Biosensoren

in de-stem •  2 years ago 

Liebe #de-stem Leser, leider haben sich die 4 Jahre die ich jetzt in den USA lebe negativ auf meine deutschen Sprachkenntnisse ausgewirkt. Deswegen habe ich mich entschieden die meisten meiner Posts nur noch auf Englisch zu schreiben. Da ich jedoch ein großer Fan des #de-stem Projektes bin will ich einmal in der Woche unter #de-stem posten. Dieser Post erscheint dann auch nur auf Deutsch, und nicht in Englisch. Damit will ich zwei Ziele erreichen. Erstens will ich mein Deutsch verbessern (klingt komisch da ich Muttersprachler bin). Zweitens will ich gute Posts zu der #de-stem Gemeinschaft beitragen und damit das Projekt unterstützen. Da ich nur einmal in der Woche unter #de-stem poste, sollte ich genügen Zeit haben um die sprachliche Qualität meiner Posts auf ein ansprechenderes Level zu bringen.

Lasst mich nun das Thema dieses Posts vorstellen. Heute möchte ich über MRSA und neue diagnostische Möglichkeiten schreiben. Meine Mutter ist eine Krankenschwester und hat mir als Scherz gesagt ich solle doch mal einen Schnelltest für MRSA entwickeln. Nun, ich wollte aus Interesse mal schauen ob es so etwas schon gibt oder ob ich da tatsächlich eine Marktlücke gefunden habe. Hier ist also das Ergebnis meiner Suche.

Was Ist MRSA?

Logischerweise muss ich erstmal wissen was MRSA überhaupt ist bevor ich einen Schnelltest entwickeln kann. MRSA ist die Abkürzung für Methicillin-Resistenter Staphylococcus Aureus (1). Diese Bakterienart gehört zu den Gram-positiven Bakterien und hat eine aüßere Zellmembran um die sich ein mehrlagiges Netz aus einer Peptid-Zucker Verbindung (Peptidoglykan) gebildet hat (2).Methicillin ist ein beta-lactam basiertes Antibiotikum ähnlich dem berühmten Penicillin, und hindert Bakterien daran ihre Zellwand zu erweitern indem es den Aufbau der Peptidoglykan-Hülle verhindert (3).

mrsa_magn_lg.jpg

Staphylococcus Aureus - Source

Dies kann die Zellwand der Bakterien kompromittieren und zu unregelmäßig geformten Zellen führen, die sehr einfach zerplatzen können da die dysfunktionale Zellwand keine Resistenz gegen den internen Zelldruck bieten kann (2). Leider haben mehrere Mikroben Resistenzen entwickelt. Zum Beispiel kann ein beta-lactam Antibiotikum einfach von einem Enzym, der beta-lactamase, deaktiviert werden indem der reaktive beta-lactam Ring aufgebrochen wird (4). In MRSA wird jedoch die Produktion eines Peptides das Methicillin binden kann erhöht (5). Einige Staphylococcus Aureus Strände haben noch weitere Mechanismen entwickelt welche sie resistent gegen beinahe allen bekannten Antibiotika gemacht haben (6). Antibiotische Resistenz ist ein sehr großes Problem und wurde von der WHO zu einem der „größten Risiken für die globale Gesundheit“ erklärt (7). Glücklicherweise reagiert MRSA noch auf verschiedene Antibiotika oder kann einfach durch eine Drainage beseitigt werden (wenn die Infektion in einem Abszess ist) (8). Momentan dauert es zirka 48 Stunden um MRSA nachzuweisen was Implikationen in Pflegequalität und Kosten hat (8).

Hier eine kleine Zusammenfassung:

  • MRSA ist ein Strang des Gram-Positiven Staphylococcus Aureus der gegen Methicillin resistent ist
  • Dieser hat mehrere Resistenzen gegen andere Antibiotika entwickelt
  • MRSA ist ein globales Problem
  • Die Diagnose dauert in der Regel 48 Stunden

Wie Kann Man MRSA Nachweisen?

Momentan wird MRSA hauptsächlich durch anlegen einer Zellkultur nachgewiesen. Dafür wird entweder eine Gewebeprobe der betroffenen Stelle, oder eine Nasensekret Probe entnommen und in ein Mikrobiologie Labor geschickt wo versuch wird Zellen auf einem Nährmedium wachsen zu lassen (9), (10). Neue Tests werden gerade entwickelt und getestet. So gibt es bereits jetzt Untersuchungen die auf Echtzeit PCR beruhen. Das BD GeneOhm MRSA Achromopeptidase Assay nutzt diese Methode und erreicht zwischen 92 und 94% Genauigkeit (verglichen mit dem konventionellen Zellkultur Test) (11). Der LightCycler Methicillin-Resistant Staphylococcus aureus (MRSA) Advanced Test ist ein weiter Test der eine relative Genauigkeit zwischen 91 und 96% erreicht, jedoch eine bessere relative Spezifizität hat als das BD GeneOhm MRSA Achromopeptidase Assay (12). Diese Tests scheinen relativ genau uns spezifisch zu sein und brauchen weniger Zeit um MRSA zu diagnostizieren. Leider ist die Zahl der Studien für diese Methode noch relativ begrenzt und es wird wohl noch ein wenig dauern bis diese flächendeckend genutzt wird (13).

Polymerase_chain_reaction.svg.png

PCR Illustration - Quelle

Mein Vorschlag Für Eine Neue Methode

Biosensoren. Während meines "Chemical Instrumentation" Kurses habe ich viel über Selektive Membranen gelernt. Erst kürzlich hatte ich ein Interview mit einem Professor in Australien der Biosensoren entwickelt. Wie sind diese beiden Aussagen relevant? Nun, Enzyme können sehr spezifisch für verschiedene biologische Stoffe sein. Fortschritte in Synthetischer Biologie ermöglichen nun diese Enzyme zu verändern, wodurch man deren Spezifität ändern kann. So wurde das Enzym Glucose Dehydrogenase (GDH) geändert und kann nun zur Identifizierung von verschiedenen Markern und Proteinen genutzt werden (14). Dieses Prinzip könnte man ausweiten.

Blood_Glucose_Testing.JPG

Kann man das Prinzip hinter den Blutzuckertestern auf MRSA ausweiten? - Source

Mein Gedanke ist ein Enzym zu entwickeln (oder zu finden) welches MRSA Biomarker binden kann. Sollte dies möglich sein könnte man das "Enzym mit einem Kabel verbinden und so die Präsenz von Biomarkern nachweisen" (Gedächtnisprotokoll von meinem Interview). Es gibt sogar bereits Untersuchen die solche Biomarker entdeckt haben. Eine Studie hat mit matrix-assisted laser desorption ionization time-of-flight mass spectrometry Biomarker- in diesem Fall Peptide - für verschiedene Arten von MRSA entdeckt (15). Es scheint, dass solche Untersuchungen noch recht selten sind. Ich kann mir jedoch denken, dass man noch weitere, spezifischere MRSA Biomarker entdecken kann. Der nächste Schritt wäre dann entsprechende Bindungsseiten für diese Biomarker zu finden. Enzyme wären großartig (entsprechende Modelle an denen man sich orientieren kann gibt es schon), jedoch könnte man andere spezifische Moleküle nutzen (mir fallen da zum Beispiel Antigene ein). Sollte ich tatsächlich ein PhD Kandidat unter dem Professor werden der mich interviewt hat, könnte ich in Zukunft vielleicht wirklich an solchen Biosensoren arbeiten. Auf jeden Fall können schnellere MRSA Diagnose Techniken nur Vorteile bringen.

Scharmlose Eigenwerbung

Ich hoffe das mein erster #de-stem gewidmeter Post euch gefallen hat und informativ war. Falls dieser Post euch gefallen hat, könntet ihr auch andere Posts von mir mögen. Fühlt euch also bitte frei meinen Blog zu checken. Wenn ihr mehr über dieses Thema wisst als ich in diesem Post vermittelt habe dann lasst uns bitte davon profitieren. Nutzt aber bitte auch Quellen.
Bis nächste Woche!

Wie immer,
Cheers @lesshorrible!

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toller Beitrag! ich finde die idee mit den sensoren super und wünsche dir erfolg damit! vielleicht wäre es dann auch interessant sensoren zur detektion anderer krankenhauskeime wie pseudomonas usw. zu entwickeln..

Das ist sicherlich auch möglich! Vielen Dank für dein Kommentar! Cheers!

Interessanter Gedanke!
Ich drück dir die Daumen, dass es was wird mit dem PhD!
Dieses Prinzip müsste sich doch dann auch auf mehr Bakterien erweitern lassen oder?

PS: Ich finde übrigens, dein Muttersprachen-Deutsch hast du noch sehr gut drauf ;) Nur in der Eigenwerbung hat sich ein kleiner das/s Fehler eingeschlichen

Das ist denke ich davon abhängig ob es Marker gibt und ob man Detektoren für diese Marker hat. Dieses Prinzip wird gerade auch genutzt um Biosensoren für Krebs zu entwickeln. Es ist offensichtlich nicht so einfach wie es vielleicht in meinem Post klingt haha! Vielen Dank!! Hoffe das Medizinstudium läuft. Cheers!

  ·  2 years ago (edited)

Sehr spannend was da noch so alles kommen wird! Ja, klingen tut's echt sehr easy, glaub das ist schwer vorzustellen für uns Laien der Forschungsszene, was da für Riesenaufwand dahintersteckt..
Läuft auf Hochtouren - Prüfungszeit :)

Dann auf jeden Fall viel Glück! Cheers!

Dankeschön!

coole Idee. Könnte man evtl. auch mit Aptameren versuchen (wenn man sich den SELEX-Prozess antun will). Viel Glück mit deiner Bewerbung auf jeden Fall!