Schnelltest auf Antibiotika-Resistenzen in urologischem Probenmaterial mittels Oberflächenverstärkter Raman-Spektroskopie SERS

• Antragsteller: Professor Dr. Christoph Haisch; Professor Dr. Christian G. Stief, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Reproduktionsmedizin, Urologie
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 289277506

Im Rahmen des Projektes soll die Oberflächenverstärkte Raman-Spektroskopie (SERS) in Kombination mit einer speziellen in situ-Synthese-Methode für SERS-aktive Kolloide als schnelles Testverfahren für die Wirksamkeit verschiedener antimikrobieller Substanzen eingesetzt werden. Vorversuche haben gezeigt, dass diese speziellen Verfahren in der Lage sind, innerhalb einer kurzen Zeit von teilweise nur wenigen Minuten sowohl an Einzelorganismen als auch in Bakteriendispersionen die Wirksamkeit von antimikrobiellen Substanzen zu testen. Die Besonderheit des neuen Verfahrens liegt darin, dass die antimikrobielle Wirkung der Substanzen nicht anhand von minimalen Änderungen des Raman-Spektrums gezeigt wird, wie in bisherigen Arbeiten zu dem Thema, sondern anhand Einfluss auf die Entstehung und Aggregation der SERS-aktiven Kolloide. Die Depolarisation des Transmembranpotentials durch die antimikrobiell aktiven Substanzen führt offenbar dazu, dass die in situ-Synthese der Kolloide nicht mehr, bzw. nicht an der Zelloberfläche stattfindet. Damit entfällt die SERS-Verstärkung und es wird kein signifikantes Raman-Signal mehr von den toten Organismen detektiert. Daraus resultiert eine hohe Signifikanz der Unterscheidung zwischen lebenden und toten Organismen, weil die lebenden ein spezifisches, hochstrukturiertes Spektrum aufweisen, während die toten Organismen nahezu ein Basisliniensignal zeigen. Im Rahmen von Vorversuche konnte an verschiedenen E. coli-Stämmen diese Funktion gezeigt werden. In weniger als einer Stunde konnten Polymyxin B-resistente von nichtresistenten Organismen unterschieden werden, wobei sogar bereits nach weniger als 10 min aussagekräftige Ergebnisse vorlagen. Das beantragte Vorhaben soll dazu dienen, das oben beschriebene Verfahren umfassend zu prüfen und in Hinblick auf die Anwendbarkeit in der Urologie zu validieren. Eine geeignete Probenahme und -Vorbereitungsstrategie soll ebenso entwickelt werden wie geeignete Mess- und Auswerteprotokolle, die eine ausreichende statistische Absicherung bei gleichzeitig kurzer Messzeit im Bereich von einer bis zwei Stunden erlauben.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Großgeräte: Raman-Mikroskop
• Gerätegruppe: 1840 Raman-Spektrometer