Die Fachabteilung Ehricht hat ihre Arbeit am IPHT im Januar 2019 aufgenommen und vorher, in den vergangenen Jahren, wesentliche Erkenntnisse bei der Entwicklung und Anwendung verschiedenster molekularer Verfahrung für die Detektion, die Epidemiologie und das Verständnis von pathogenen Bakterien und deren Antibiotikaresistenzen (MRSA, ESBL, CRE, VRE u.a.) gewonnen. Dabei kamen vor allem Mikroarray-basierte Verfahren und eigens dafür entwickelte Plattformen zum Einsatz (Abbildung links), die in ihrer gesamten Breite über bioinformatisches Assaydesign, Oberflächenchemie, Fertigung, Testentwicklung, Bild- und Datenauswertung sowie spezifische Anwendungen reichte. Besonderes Augenmerk wurde einerseits auf die Implementierung dieser Forschungsergebnisse in real existierende Produkte und deren Evolution gelegt. Andererseits war ein Hauptfokus, Strategien und Verfahren für die optimale Probenvorbereitung zu erarbeiten und in komplexe Abläufe zu implementieren.
Die von Oxford Nanopore Technologies (Oxford, UK) entwickelte Plattform MinION wird mit ihrer Porentechnologie als der nächste Schritt der Next-Generation-Sequenzierung betrachtet (Abbíldung rechts). Die MinION Technologie basiert auf membrangebundene Protein-Nanoporen. Liegt eine Spannung an dieser Membran an, wird ein Ionenstrom durch die Poren generiert. Passiert ein DNA-Strang die Pore kommt es zu Spannungsänderungen, welche gemessen und später zu Nukleotiden umgerechnet werden. Je Pore können bis zu 400 Nukleotide pro Sekunde gemessen werden, was pro Genom zu Ausgaben von bis zu zwei Gigabasen führen kann. Einzelne Reads können Längen von 50.000-100.000 Basen erreichen. Daher ist es möglich speziell bakterielle Genome einfach und schnell zu analysieren und zu charakterisieren.
Was die Plattform so attraktiv macht, ist ihr vergleichbar günstiger Preis und die kompakte Größe. Die AG Ehricht will daher diese Technologie nutzen, neue bahnbrechende Assays auf molekularer Basis zu entwickeln. Allerdings werden auch andere Methoden der Next-Generation-Sequenzierung (z.B. MySeq, Illumina) etabliert und angewandt.
Routinemäßig werden Tests für verschiedene Antigene getrennt und nacheinander durchgeführt, was zu hohen Kosten und zeitlich verzögerten Ergebnissen führt. Außerdem wird eine relativ große Menge an Probe benötigt. Die AG Ehricht konnte belegen, dass die Multiparameter-Serologie mit Protein- und Peptidmikroarrays realisierbar ist. So konnte der IgG-Status und Impfstatus für 30 Erreger parallel und aus 1 µl und einer Gesamtzeit von 2h bestimmt werden (Abbildung unten). Das gleiche Verfahren könnte in Zukunft nicht nur für diagnostische Zwecke, sondern auch für die Testentwicklung (Antigen- und Antikörperscreening) eingesetzt werden. Das Panel der Antigene kann schnell an andere Anwendungen angepasst werden und auch auf Point-of-Care Plattformen wie Lateral Flow übertragen werden.
Sachse K, Rahman KS, Schnee C, Muller E, Peisker M, Schumacher T, Schubert E, Ruettger A, Kaltenboeck B, Ehricht R: A novel synthetic peptide microarray assay detects Chlamydia species-specific antibodies in animal and human sera. Sci Rep 2018, 8(1):4701.
