• Skip to main content
  • Skip to secondary menu
  • Zur Hauptsidebar springen

Lebensmittel- & Biotechnologie

Das Fachportal für Lebensmittelindustrie und Biotechnologie

  • Abonnement
  • Impressum
  • Welkin Media Verlag
  • Messekalender
Startseite » Infektionsdiagnostik 3.0: Noch schneller zum Ziel dank Nanoporensequenzierung

Infektionsdiagnostik 3.0: Noch schneller zum Ziel dank Nanoporensequenzierung

19. Oktober 2020 von Helmut Mitteregger

Damit Sepsis-Patienten so rasch wie möglich das richtige Antibiotikum bekommen, haben Fraunhofer-Forschende ein diagnostisches Verfahren entwickelt, das die Hochdurchsatzsequenzierung von Blutproben nutzt und wesentlich schneller Ergebnisse liefert als herkömmliche kulturbasierte Techniken. Dies konnte nun dank neuester Einzelmolekül-Sequenziertechniken nochmals so verbessert werden, dass Erreger bereits nach wenigen Stunden identifiziert werden können. Die grundsätzliche Methodik wird derzeit mit mehreren hundert Patienten multizentrisch getestet. Wie sie funktioniert, wird bei den Fraunhofer Solution Days vom 26. – 28. Oktober 2020 vorgestellt.

Eine Sepsis – umgangssprachlich auch „Blutvergiftung“ genannt – ist eine lebensbedrohliche Erkrankung, die durch die unkontrollierte Vermehrung von Krankheitserregern – Bakterien, Viren oder Parasiten – im Blut verursacht wird und alleine in Deutschland für etwa 60 000 Todesfälle im Jahr verantwortlich ist, Tendenz steigend. Dabei kann umso erfolgreicher therapiert werden, je schneller die Diagnose gestellt und die Art des Erregers identifiziert werden kann: Möglichst rasch mit dem richtigen Antibiotikum behandeln zu können, erhöht die Überlebensrate signifikant.
Gängige Praxis ist es bis heute in vielen Kliniken, solche Sepsis-Erreger mikrobiologisch nachzuweisen. Dabei werden sie aus Blutproben der Patienten im Labor vermehrt und anschließend analysiert. Von Nachteil ist hierbei allerdings nicht nur, dass das Ergebnis erst nach zwei bis fünf Tagen vorliegt, sondern dass auch die Nachweisrate dieser Technik gering ist: In der Regel liefert sie nur in 10 bis 30 Prozent der Fälle ein positives Ergebnis, das dem behandelnden Arzt bei der Therapieentscheidung helfen kann. Außerdem lassen sich manche Pathogene gar nicht oder nur unter besonderen Bedingungen kultivieren, sodass das Ergebnis negativ ausfällt, obwohl eigentlich eine Infektion vorliegt – mit fatalen Folgen für die Patienten.

Hochleistungs-Plattform für schnellen und zuverlässigen Erregernachweis

Forschende am Fraunhofer-Institut für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik IGB haben schon vor einiger Zeit ein alternatives diagnostisches Verfahren etabliert, das Erreger aller Art wesentlich schneller und zuverlässiger nachweist. Es nutzt die Hochdurchsatzsequenzierung, Next-Generation Sequencing (NGS), des mikrobiellen Erbguts – von so genannter zirkulierender freier DNA (cfDNA) – aus der Blutprobe der Patienten und hat eine fünf- bis sechsfach verbesserte Nachweisrate gegenüber den kulturbasierten Techniken.
Dabei können in einem dreistufigen Prozess aus Probenvorbereitung, Sequenzierung und bioinformatischer Auswertung mit eigens entwickelten diagnostischen Algorithmen relevante Bakterien, Viren oder Pilze ohne langwieriges Kultivierungsverfahren innerhalb von 24 bis 30 Stunden nach der Blutabnahme eindeutig identifiziert werden. Als ein Verfahren mit Plattformcharakter eignet sich die Methode zudem nicht nur zur Sepsis-Diagnose, sondern potenziell auch für andere Erkrankungen wie beispielsweise Endokarditis- oder Liquorinfektionen. Zudem kann in einer einzigen Untersuchung nicht nur die biologische Art des Erregers, sondern auch dessen Resistenzen gegenüber Antibiotika untersucht und damit zusätzlich bei der Auswahl der optimalen Therapie zu berücksichtigt werden.

Alle wichtigen Kliniken Deutschlands an Studie beteiligt

Derzeit läuft die klinische Validierung der Plattform für die Sepsis-Diagnostik in einer multizentrischen Studie: „Nun testen wir unser Verfahren großflächig in der Klinik“, berichtet Dr. Kai Sohn, Leiter des Innovationsfelds In-vitro-Diagnostik am Fraunhofer IGB vom Stand der Forschungsarbeiten. „Dabei werden 500 Patienten in 20 Kliniken untersucht; praktisch alle wichtigen, in Deutschland ansässigen, Anästhesiezentren sind daran beteiligt. Bemerkenswert ist dabei, dass die Studie einen so großen Zuspruch findet, dass wir alle Patienten schon jetzt – lange vor der geplanten Zeit – rekrutieren und so einen großen Vorsprung gewinnen konnten.“ Das Projekt wird unter anderem von der Dietmar Hopp Stiftung mit einer halben Million Euro unterstützt.

Noch schnellere und kostengünstigere Diagnose

Aber auch das Herzstück der Plattform – die Technik an sich – konnte nochmals so weiterentwickelt werden, dass die Ergebnisse noch schneller und kostengünstiger geliefert werden können: Mithilfe einer der jüngsten Sequenziertechnologien der 3. Generation kann das mikrobielle Erbgut in Echtzeitanalyse schon während der Sequenzierung geprüft werden, sodass sich die Erreger-Identifizierung nun auf nur sechs bis acht Stunden reduzieren lässt – je nachdem, wie stark der Patient infiziert ist. Möglich wird dies durch den MinION-Sequenzierer, ein kompaktes, tragbares Gerät, das einzelne DNA-Moleküle in Nanoporen analysieren kann. „Hiermit bekommen wir Ergebnisse im Minutentakt“, erklärt Sohn. „Jetzt steht hierfür der Proof of Concept an, um herauszufinden, in welcher Zeit wir die Untersuchung minimal durchführen könnten. Es könnte aber durchaus sein, dass wir Erreger in Zukunft sogar auch schon in weniger als sechs Stunden nach der Blutabnahme aufspüren könnten.“
Die eindeutige Identifizierung der Pathogene wird durch mathematische Berechnungen auf Basis der Sequenzinformationen aus der Patientenprobe ermöglicht: Hierfür haben die Fraunhofer-Forscher einen Relevanzscore – den Sepsis Indicating Quantifier (SIQ)-Score – entwickelt, der die Daten der Infizierten mit gesunden Kontrollgruppen bioinformatisch abgleicht und dann bewertet. „Dazu haben wir im Vorfeld Erwartungswerte für hunderte verschiedenster Erreger erzeugt“, berichtet Sohn. „Auf dieser Basis können wir nun Ergebnisse in einer ähnlichen Form liefern, wie sie jeder vom Blutbild beim Hausarzt kennt. Unsere Algorithmen ermöglichen damit die rasche und eindeutige Therapieentscheidung. Und dies hat durchaus auch das Potenzial, in Zukunft einmal als Point-of-Care-Test direkt auf der Intensivstation durchgeführt zu werden.“

Originalpublikationen:
Grumaz, et al. (2020) „Rapid next generation sequencing-based diagnostics of bacteremia in septic patients“. Journal of Molecular Diagnostics (2020) 22 (3): 405
DOI: 10.1016/j.jmoldx.2019.12.006

Grumaz et al. (2019): „Enhanced performance of Next-Generation Sequencing Diagnostics compared with standard of care microbiological diagnostics in patients suffering from septic shock“. Crit Care Med (2019) 47(5):e394-e402.
DOI: 10.1097/CCM.0000000000003658

Brenner et al. (2018): „Next-generation sequencing diagnostics of bacteremia in sepsis (Next GeneSiS-Trial) “. Medicine (2018) 97(6): e9868. DOI: 10.1097/MD.0000000000009868

Mit der automatisierten DNA-Isolation lassen sich bis zu 44 klinische Proben gleichzeitig aufbereiten. | Bild: Fraunhofer IGB


Kategorie: Forschung, News Stichworte: automatisierte DNA-Isolation, Infektionsdiagnostik, Nanoporensequenzierung, Sepsis

Weitere Nachrichten

AIT Poster Award 2025 prämiert zukunftsweisende Technologien

Der AIT Poster Award des Austrian Institute of Technology würdigt jährlich herausragende Forschungsprojekte mit wirtschaftlichem Anwendungspotenzial. Ziel ist es, junge Wissenschaftler:innen zu ermutigen, ihre innovativen Ideen frühzeitig in Richtung … [Weiterlesen...] Infos zum Plugin AIT Poster Award 2025 prämiert zukunftsweisende Technologien

Elektrischer Tunnelofen spart bis zu 40 % Energie

Mit dem E-Bake G2 präsentiert GEA einen neuen elektrischen Tunnelofen für die Industrie, bei dessen Entwicklung eine verbesserte Energieeffizienz und optimierte Prozesskontrolle im Mittelpunkt standen. Der neue Ofen ist ein bedeutender Schritt, um … [Weiterlesen...] Infos zum Plugin Elektrischer Tunnelofen spart bis zu 40 % Energie

Labortechnik & Analytik auf der LAB-SUPPLY Innsbruck

Am 25. Juni 2025 findet im Congress Innsbruck die LAB-SUPPLY statt – eine kompakte Tagesmesse, die sich als bedeutender Treffpunkt für Fachleute aus Labortechnik, instrumenteller Analytik und Life Sciences etabliert hat. Der persönliche Austausch … [Weiterlesen...] Infos zum Plugin Labortechnik & Analytik auf der LAB-SUPPLY Innsbruck

Mobiles Biomasse-Kraftwerk wandelt Altstoffe in Energie um

Das österreichische Start-up Corbofix hat ein dezentrales, patentiertes Biomasse-Kleinkraftwerk entwickelt, das aus biogenen Altstoffen wie Altholz, Laub, Rasenschnitt oder Industrieabfällen verlässlich Energie, Strom und Wärme erzeugt. Die kompakte … [Weiterlesen...] Infos zum Plugin Mobiles Biomasse-Kraftwerk wandelt Altstoffe in Energie um

Haupt-Sidebar

Aktuelle Ausgabe

Newsletter

  • Newsletter Anmeldung
  • Newsletter Archiv

Messekalender

Juni 25
Ganztägig

LAB-SUPPLY Innsbruck 2025

Sep. 3
Ganztägig

SchraubTec Bochum 2025

Sep. 10
Ganztägig

LAB-SUPPLY Chemnitz 2025

Sep. 10
10. September - 11. September

all about automation 2025 – Wetzlar

Sep. 15
15. September - 19. September

drinktec 2025

Kalender anzeigen

Welkin Media News

Aktuelle Nachrichten aus unseren anderen Online-Portalen Österreichische Chemie Zeitschrift und Österreichische Kunststoffzeitschrift.

  • Edvanced Recycling vereint Innovation mit Praxiserfahrung
    am 17. Juni 2025 von Birgit Fischer (Österreichische Kunststoffzeitschrift)

    Erema stellte am Stammsitz in Ansfelden die Kampagne „Edvanced Recycling – Erema Prime Solutions for Advanced Recycling“ vor und positioniert sich damit als Vorreiter im modernen Kunststoffrecycling. Im Rahmen eines Pressegesprächs gewährte […]

  • Gezielt steuerbare Permeabilität in Metallstrukturen durch 3D-Druck
    am 17. Juni 2025 von Birgit Fischer (Die Chemie Zeitschrift Österreichs)

    Das Fraunhofer ILT stellt eine LPBF-Methode vor, mit der sich Permeabilität direkt in metallischen 3D-Druck-Bauteilen realisieren lässt – ohne Nachbearbeitung, mit gezielt steuerbarer Porosität. Präsentation auf der Laser World of Photonics […]

  • Green. Smart. Nachwuchsorientiert: VDMA auf der K 2025
    am 17. Juni 2025 von Birgit Fischer (Österreichische Kunststoffzeitschrift)

    Mit einem klaren Fokus auf Kreislaufwirtschaft, Digitalisierung und verantwortungsvolles Handeln setzt der VDMA auf der K 2025 starke Akzente. Im Zentrum steht das Forum „The Power of Plastics!“, das auf The post Green. Smart. […]

  • BASF kauft DOMO-Anteil an Alsachimie
    am 16. Juni 2025 von Birgit Fischer (Die Chemie Zeitschrift Österreichs)

    BASF übernimmt den 49-prozentigen DOMO-Anteil an Alsachimie und stärkt ihre Position bei Polyamid-Vorprodukten. Mit der vollständigen Kontrolle über den Standort Chalampé will BASF die Versorgung mit Polyamid-Vorprodukten absichern und die […]

  • Sirmax gründet neue E&E-Sparte
    am 16. Juni 2025 von Birgit Fischer (Österreichische Kunststoffzeitschrift)

    Der italienische Compoundeur Sirmax investiert drei Millionen Euro in eine neue Business Unit für den Elektro- und Elektroniksektor. Die internationale Ausrichtung wird durch den Ausbau der Werke in Italien, Indien, Polen und den USA sowie ein […]

  • Werner & Mertz und PreZero kooperieren für die Kreislaufwirtschaft
    am 13. Juni 2025 von Birgit Fischer (Österreichische Kunststoffzeitschrift)

    Werner & Mertz und PreZero starten eine strategische Partnerschaft zur Förderung der Kreislaufwirtschaft. Im Zentrum steht die Recyclat-Initiative mit vollständig recyclingfähigen Verpackungen. Ein erstes Projekt: Waschmittelflaschen aus 100 […]

  • Dünnschichtsensoren optimieren Echtzeitkontrolle im Spritzguss
    am 13. Juni 2025 von Birgit Fischer (Österreichische Kunststoffzeitschrift)

    Das Fraunhofer IST präsentiert auf der Automatica 2025 ein Sensorsystem zur Echtzeitüberwachung im Spritzguss. Dünnschichtsensoren und maschinelles Lernen ermöglichen eine automatisierte Qualitätskontrolle und die Nutzung nachhaltiger […]

  • IC-Substrat-Zentrum für Mikroelektronik in Leoben eröffnet
    am 13. Juni 2025 von Birgit Fischer (Die Chemie Zeitschrift Österreichs)

    AT&S hat am 3. 06. 2025 in Leoben das erste europäische Kompetenzzentrum für F&E sowie Produktion von IC-Substraten in Betrieb genommen. In dem hochmodernen Gebäudekomplex „Hinterberg 3“ arbeiten bereits 420 neue Fachkräfte auf einer […]

  • Leichtbau-Innovation von ENGEL auf der EUROBIKE 2025
    am 12. Juni 2025 von Birgit Fischer (Österreichische Kunststoffzeitschrift)

    ENGEL präsentiert sich erstmals auf der EUROBIKE, die vom 25. bis 29. Juni 2025 in Frankfurt stattfindet. Mit einer vollständig integrierten Produktionszelle demonstriert das Unternehmen live die Fertigung eines innovativen Fahrradlenkers für […]

  • CO2-Elektrolyse unter Hochdruck
    am 12. Juni 2025 von Birgit Fischer (Die Chemie Zeitschrift Österreichs)

    Forschende entwickeln Zero Gap Reaktor der CO2 Elektrolyse bei Differenzdruck bis 40 bar ermöglicht und industrielle Integration erlaubt. Diese Innovation eröffnet neue Möglichkeiten für eine direkte Kopplung der CO2-Elektrolyse an bestehende […]

Copyright © 2025 · Welkin Media Verlag