Proof of Concept: Mikrobielle zellfreie DNA zur Diagnostik schwerer Infektionen

Schwere bakterielle Infektionen müssen schnell erkannt und gezielt behandelt werden. Doch eine bereits begonnene Antibiotikatherapie erschwert oft den Nachweis der Erreger. Forschende aus Jena haben nun ein Verfahren entwickelt, das Krankheitserreger innerhalb eines halben Tages direkt aus dem Blutplasma identifizieren kann – selbst bei laufender Antibiotikatherapie.

Die Methode der Forschungsgruppe des Universitätsklinikums Jena (UKJ) stützt sich auf den Nachweis mikrobieller zellfreier DNA, die bei Infektionen im Blut zirkuliert. Zunächst werden diese freien DNA-Fragmente aus dem Blutplasma isoliert. Durch das Anbringen spezifischer Adapter werden sie in eine Sequenzierbibliothek überführt, sodass sie für die Analyse vorbereitet sind. Anschließend lassen sich die Erregerfragmente mithilfe der Nanopore-Sequenzierung innerhalb weniger Stunden direkt auswerten. Eine Anzucht der Erreger ist dafür nicht notwendig. Die Ergebnisse einer Proof-of-Concept-Studie des Verfahrens erschienen jetzt im Fachjournal „Genome Medicine“.

„Bei schweren Infektionen zählt oft jede Stunde. Gleichzeitig sinkt die Aussagekraft klassischer Blutkulturen, sobald Antibiotika verabreicht wurden“, erläutert Dr. Micha Banz. Banz ist Clinician Scientist am Institut für Infektionsmedizin und Krankenhaushygiene des UKJ. „Unser Ziel war es deshalb, ein Verfahren zu entwickeln, das schnell einsetzbar, kostengünstig und für klinische Labore gut zugänglich ist.“

Ergebnis innerhalb von zwölf Stunden

In einer Pilotstudie untersuchte das Team 18 Patientinnen und Patienten mit Blutstrominfektionen oder dem Verdacht auf eine infektiöse Endokarditis. Das neue Verfahren stimmte in 16 Fällen mit der klinischen Diagnose überein. Besonders bemerkenswert: In zwei Fällen einer kulturnegativen Endokarditis konnten die Forschenden den Erreger nachweisen, obwohl die Blutkulturen keinen Befund geliefert hatten.

Die Analyse dauert vom Probeneingang bis zum Ergebnis rund zwölf Stunden. Zwar ist das Verfahren derzeit noch deutlich teurer als eine klassische Blutkultur. Die Materialkosten liegen laut UKJ bei etwa 100 bis 120 Euro pro Probe. Im Vergleich zu kommerziellen Spezialverfahren zur Analyse mikrobieller DNA kann die Jenaer Methode jedoch deutlich kostengünstiger umgesetzt werden.

Möglichkeit der Verlaufskontrolle mit einfachem Bluttest

Doch die Methode könnte künftig noch mehr leisten als eine schnelle Diagnose. Die Forschenden konnten zeigen, dass die mikrobielle zellfreie DNA bei einigen Patientinnen und Patienten noch bis zu 16 Tage nach Beginn einer gezielten Antibiotikatherapie nachweisbar blieb. Dadurch eröffnet sich die Möglichkeit, den Verlauf einer Infektion über einen einfachen Bluttest zu verfolgen.

„Langfristig könnte die Technologie helfen, Antibiotikatherapien individueller zu steuern“, sagt Banz. „Wenn wir erkennen können, wann eine Infektion tatsächlich ausgeheilt ist, ließen sich möglicherweise unnötig lange Behandlungen vermeiden.“

Forscher hoffen auf schnellen Transfer in die klinische Praxis

Ein besonderes Anliegen des Teams war die breite Nutzbarkeit des Verfahrens. „Uns war wichtig, die Methode nicht hinter kommerziellen Angeboten oder technischen Hürden zu verstecken. Deshalb haben wir das vollständige Protokoll frei zugänglich veröffentlicht, damit andere Forschungseinrichtungen und Kliniken den Ansatz unmittelbar nutzen, überprüfen und weiterentwickeln können“, sagt Letztautor Dr. Christian Brandt vom InfectoGnostics-Forschungscampus in Jena. Die offene Bereitstellung soll die wissenschaftliche Nachvollziehbarkeit stärken und den Transfer der Methode in Forschung und klinische Praxis erleichtern.