Anthrax: Auf den Spuren des Erregers

Mit den Worten „Ihr könnt uns nicht aufhalten. Wir haben dieses Anthrax. Ihr sterbt jetzt.“ beginnen zwei von insgesamt sieben Briefen, die im September und Oktober 2001 an mehrere amerikanische Nachrichtensender und Senatoren versendet wurden. Die Briefe enthielten Sporen des Milzbranderregers.

22 Menschen infizierten sich 2001 mit Sporen von Bacillus anthracis, fünf starben an den Folgen vom Milzbrand. Nicht nur aufgrund dieser Anthrax-Anschläge, sondern auch weil die Herstellung und Ausbringung der in der Umwelt extrem stabilen Sporen als relativ einfach gilt, wird Milzbrand als ein potentieller biologischer Kampfstoff eingestuft. Am Institut für Mikrobiologie der Bundeswehr (InstMikroBioBwInstitut für Mikrobiologie der Bundeswehr) in München entwickelt die Fachgruppe Milzbrand neue Möglichkeiten, um den Erreger mit innovativen Techniken zu erkennen.

Gefährliche Eignung als biologischer Kampfstoff

„Ein eindeutiger und schneller Nachweis des Bakteriums ist wichtig, um bei einem potentiellen biologischen Angriff, zum Beispiel einem Terroranschlag, schnellstmöglich mit entsprechenden Maßnahmen zur Therapie und Ausbruchskontrolle reagieren zu können“, erklärt Major Peter Braun, Molekularbiologe am InstMikroBioBwInstitut für Mikrobiologie der Bundeswehr. Typischerweise würde für die Diagnostik die sogenannte Polymerase-Kettenreaktion (PCRPolymerase-Ketten-Reaktion) angewandt, erklärt Major Braun. Aufgrund der engen Verwandtschaft des Milzbranderregers mit anderen Bakterien komme es jedoch gelegentlich zu falschen Identifikationen. Für einen eindeutigen Nachweis bedürfe es auch deshalb einer PCRPolymerase-Ketten-Reaktion-unabhängigen, schnellen und hochspezifischen Methode, so der Experte.

Viren gegen Bakterien

Das Nachweisverfahren, das durch die Forschungsgruppe des Instituts in den letzten Jahren entwickelt und nun veröffentlicht wurde, basiert auf Bakteriophagen, genauer gesagt auf einem ihrer Proteine. Bakteriophagen, kurz auch Phagen genannt, sind Viren, die nur Bakterien infizieren. Ein bestimmter Phage infiziert dabei immer nur eine bestimmte Gruppe von Bakterien, manche sogar nur eine einzige Art, wie in diesem Fall den Bacillus anthracis. Speziell gegen das Bakterium gerichtete Phagen werden bereits seit Jahrzehnten in der Anthrax-Diagnostik eingesetzt.

Schwieriger Nachweis des Anthrax-Erregers

Die bisherige Methode hat jedoch den Nachteil, dass die Infektion der Bakterien durch die Phagen dabei erst nach mehreren Tagen im Labor nachgewiesen werden kann. Um die Diagnostik mit Hilfe der Phagen zu beschleunigen, setzen die Forschenden der Arbeitsgruppe an einem entscheidenden Punkt der Infektion an: Der Bindung der Phagen an die Milzbrandbakterien. Maßgeblich für die hohe Spezifität der Phagen sind nämlich ihre Rezeptorbindeproteine (RBPs). Damit erkennen die Phagen den ihnen entsprechenden bakteriellen Wirt und erreichen die Bindung an dessen Oberfläche.

Biotechnologische Verfahren

Diese schnelle und spezifische Bindung der RBPs an die Bakterienzelle machten sich die Forschenden zu nutze. In einem komplexen Verfahren entwickelten die Experten des InstMikroBioBwInstitut für Mikrobiologie der Bundeswehr fluoreszierende Bindeproteine als beobachtbare Marker. Durch die Fluoreszenz des Fusionsproteins, das heißt das Abstrahlen von Licht bei Bestrahlung mit einer bestimmten Wellenlänge kann eine Bindung an Bacillus anthracis nun mikroskopisch nachgewiesen werden. Dazu werden verdächtige Proben mit den RBP-Fusionsproteinen versetzt. Diese binden sich dann an Milzbranderreger. Die markierten Bakterien können dann mit einem Fluoreszenzmikroskop nachgewiesen werden. So ist der mikroskopische Nachweis von Milzbranderregern innerhalb von nur zehn Minuten möglich.

Schnelle Diagnose nun möglich

„Der mikroskopische Nachweis von Bacillus anthracis auf Basis fluoreszierender Phagen-RPBs macht es künftig möglich, nach vermuteten Angriffen mit dem biologischen Kampfstoff Anthrax innerhalb kürzester Zeit das Bakterium nachzuweisen“, fasst Major Braun das Ergebnis zusammen. Das durch die Forschungsgruppe neu entwickelte Diagnostikverfahren soll zukünftig nicht nur durch die mobilen Aufklärungsteams für biologische Kampfstoffe des Instituts genutzt, sondern auch über den Zentralbereich Diagnostik für die zivile medizinische Anwendung bereitgestellt werden.

von Simon Höpfl