Carbapeneme

Antibiotikaresistenz zeigt sich durch Leuchten

Eine Fluoreszenzsonde kann die enzymatische Aktivität von resistenten Keimen in einem Testsystem identifizieren.

Leuchtstoffe identifizieren Carbapenem spaltende Enzyme

Leuchtstoffe identifizieren Carbapenem spaltende Enzyme. | Wiley-VCH

Bei hartnäckigen Infektionen sind Carbapeneme oft „letztes Mittel“. Diese penizillinähnlichen Substanzen können Keime bekämpfen, bei denen die gängigen Wirkstoffe wegen massiver Resistenzbildung versagen. Aber auch gegen Carbapeneme bilden sich zunehmend Resistenzen. Chinesische Wissenschaftler haben jetzt eine Fluoreszenzsonde entwickelt, die Carbapenem spaltende Enzyme identifiziert. Sie beschreiben ihr einfaches Testsystem, das auf einem optischen Nachweis beruht, in der Zeitschrift Angewandte Chemie.

Carbapeneme oft „letztes Mittel“

Carbapeneme gehören ebenso wie die Cephalosporine und Penizilline zu den β-Lactam-Antibiotika. Gegen diese Substanzen haben einige Bakterienstämme wirksame Resistenzstrategien entwickelt. Sie produzieren Enzyme, die β-Lactamasen, um die β-Lactam-Antibiotika gezielt zu spalten. Weil die Carbapeneme von den meisten β-Lactamasen aber nicht angegriffen werden, gelten sie insbesondere für die Behandlung von Krankenhausinfektionen durch mehrfach resistente Erreger als „letztes Mittel“. Carbapeneme wirken insbesondere bei gramnegativen Bakterien und werden unter anderem bei Infektionen des Harn- und Darmtrakts und bei Lungenentzündungen eingesetzt. Inzwischen haben manche Pathogene aber offenbar eigene Spaltungsenzyme entwickelt, die Carbapenemasen. Hexin Xie und seine Forschungsgruppe an der technischen Universität Ostchinas in Shanghai haben jetzt ein Testsystem entwickelt, wie solche Carbapenemase produzierenden Keime gezielt identifiziert werden können.

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Carbapenemase „schaltet“ Fluoreszenzsignal an

Sie stellten zunächst das Testmolekül her: ein mit einem inaktiven Fluoreszenzfarbstoff gekoppeltes Carbapenem. Sobald diese Testsubstanz, die sie CVB-1 nannten, von einer Carbapenemase erkannt wird, zum Beispiel in einem Bakterienextrakt, wird sie gespalten. Während der Carbapenem-Bestandteil spontan abgebaut wird, geht der Fluoreszenzfarbstoff in seine aktive Form über und wird zu einem grün fluoreszierenden Molekül, das heißt, er strahlt bei Anregung durch Licht einer bestimmten Wellenlänge ein intensives grünes Licht ab. Das Testystem auf Carbapenemase-Aktivität sieht also folgendermaßen aus: Ist in der Probe, zum Beispiel ein Bakterienextrakt, eine aktive Carbapenemase vorhanden, beginnt sie bei Zugabe von CVB-1 unter Lichtanregung nach einigen Minuten grün zu leuchten. Die Autoren erläutern das so: „CVB-1 [...] selbst fluoresziert nahezu gar nicht [...], und die zugefügte [Carbapenemase] schaltet das Fluoreszenzsignal mit über 200-facher Verstärkung bei Anregung an.“

Antibiotikaresistenz wird sichtbar

Somit wird die Carbapenemase-Aktivität, die eine Antibiotikaresistenz anzeigt, in Form von grüner Fluoreszenz sichtbar. Klinisch eingesetzt, könnte der Test bei Infektionen mit Carbapenem-resistenten Keimen – bestimmte Enterobakterien oder Klebsiella pneumoniae – schnell identifizieren. Daraus ließen sich gezielt Behandlungsstrategien ableiten, und die Vergabe von unwirksamen Arzneimitteln ließe sich vermeiden. Das CVB-1-Testsystem ist, wie Xie und seine Kollegen zeigen konnten, spezifisch und hat eine sehr niedrige Nachweisgrenze. (idw, red)

 

Literatur:

Wuyu Mao, Lingying Xia, Prof. Dr. Hexin Xie: Detection of Carbapenemase-Producing Organisms with a Carbapenem-Based Fluorogenic Probe. Angewandte Chemie, 23 March 2017, DOI: 10.1002/ange.201612495.