Klinische Studie

Schnellere Diagnose von Sepsiserregern

Mikrobielle Krankheitserreger lassen sich durch Hochdurchsatzsequenzierung ihres Erbguts und spezielle bioinformatische Auswertungsalgorithmen eindeutig innerhalb von nur 24 Stunden diagnostizieren. Dies haben Fraunhofer-Forscher in einer klinischen Studie mit Sepsispatienten gezeigt.

Sepsiserreger

Mit modernen DNA-Sequenzierungstechnologien diagnostiziert das Fraunhofer IGB Sepsiserreger zuverlässig und innerhalb kürzester Zeit. | Fraunhofer IGB

Schätzungen zufolge erkranken allein in Deutschland pro Jahr etwa 150 000 Menschen an einer Sepsis; allen medizinischen Fortschritten zum Trotz sterben immer noch zwischen 30 und 50 Prozent der Patienten an den Folgen der »Blutvergiftung«. Einer der Gründe: Für die lebensrettende Therapie mit Antibiotika, die spezifisch nur den ursächlichen Erreger bekämpfen, kommt die Diagnose oft zu spät. Denn die Sepsiserreger werden in aller Regel über sogenannte Blutkulturen nachgewiesen, bei der die Keime aus Blutproben der Patienten im Labor kultiviert werden. Bis sich die Erreger vermehrt haben und ein Ergebnis vorliegt, verstreichen zwei bis fünf Tage.

Dank rasanter Fortschritte in der Nukleinsäureanalytik kann mit heute verfügbaren Hochdurchsatztechnologien, dem Next-Generation Sequencing (NGS), das komplette Genom von Organismen innerhalb weniger Stunden sequenziert und mit bekannten Gensequenzen abgeglichen werden.

Forscher am Fraunhofer-Institut für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik IGB haben auf der Grundlage dieser Technologien eine alternative Diagnoseplattform für Sepsis entwickelt. Dabei identifizieren sie Bakterien, Pilze oder Viren direkt über eine Sequenzanalyse ihres Erbguts (DNA) – ohne die Erreger zuvor im Labor kultivieren zu müssen. In einer klinischen Studie, welche die Wissenschaftler in Kooperation mit dem Universitätsklinikum Heidelberg durchführten, konnten sie ihr Diagnoseverfahren mit Blutproben von Sepsispatienten nun validieren. Die infektiösen Mikroorganismen wiesen sie dabei durch die Hochdurchsatzsequenzierung von frei im Blut zirkulierender DNA nach (Circulating Nucleic Acids in Plasma and Serum, CNAPS).

Bakterien, Viren und Pilze gleichzeitig und schnell nachweisen

»Mit unserem Next-Generation-Sequencing-Diagnoseverfahren konnten wir innerhalb von nur 24 Stunden feststellen, mit welchen Erregern die Patienten infiziert waren«, erläutert Kai Sohn, Leiter der Arbeitsgruppe »Functional Genomics« am Fraunhofer IGB, die Ergebnisse. »Durch die direkte Sequenzierung der DNA einer Blutprobe entfällt der aufwendige Schritt, die Mikroorganismen im Labor zu kultivieren. So können wir auch diejenigen Erreger nachweisen, deren Wachstum unter Laborbedingungen erschwert ist«, beschreibt Sohn.

Ein weiterer Vorteil: Enthalten die Proben nicht nur DNA von Bakterien, sondern auch von Viren oder Pilzen, werden diese ebenso sequenziert, analysiert und identifiziert. »In unserer Studie konnten wir beispielsweise einen viralen Erreger als Krankheitserreger eines Patienten identifizieren. Die Blutkultur des Patienten zeigte dagegen ein negatives Ergebnis, weil hier nur Bakterien erfasst werden können«, erklärt der Wissenschaftler.