Massenspektrometrische Massenscreenings von Mikroben

Mikroorganismen sind potenzielle Produzenten zukünftiger Medikamente und biochemischer Produkte. Um neue Arten zu finden, sind schnelle Verfahren des Massenscreenings nötig. Ein neues Robotersystem liefert auch Antworten auf gentechnische Fragestellungen.

Bakterien und Pilze existieren in derartig vielfältigen Arten und Unterarten, dass verblüffende Entdeckungen an der Tagesordnung sind. In nativer wie gentechnisch veränderter Form wollen Biologen ihre oft erstaunlichen Fähigkeiten nutzen, mit der sie Substanzen produzieren, die etwa als Pharmaka auch für Menschen nützlich sein können. Ein neuerer Weg auch pathologische Mikroorganismen zu klassifizieren, also von verwandten Arten zu unterscheiden, besteht darin, zunächst einige der in ihnen vorkommenden Proteine zu analysieren. Ein Massenspektrometer nimmt deren "Fingerabdruck" auf: Proteine oder ihre Fragmente fliegen darin durch eine vakuumisierte Kammer. Aus der Flugzeit schließt ein Computer auf Molekülmasse und elektrische Ladung. Das Muster der unbekannten Probe gleicht er mit bekannten ab. Voraussetzung für diese besonders schnelle Analytik ist es natürlich, dass Art und Mengenverhältnisse der verschiedenen Eiweißbausteine für möglichst viele Mikroben in Datenbanken abgelegt sind.

Trotz aller Automatisierung im Laboralltag ist bei solchen Analysen immer noch viel Handarbeit nötig. Gerade bei Erregern, die für Menschen gefährlich sind, muss die Probenvorbereitung meist unter erheblichen Schutzvorkehrungen vorgenommen werden. Anders ist dies bei "Mirob", einem neuen Robotersystem für schnelle mikrobielle Analysen. Selbsttätig entnimmt es die Proben mithilfe einer Kamera und Bildauswertung und führt sie dem Massenspektrometer zu. Ganz wesentlich im Dauerbetrieb ist die Materialflusskontrolle, wie Oliver Lange vom Fraunhofer-Institut für Fabrikbetrieb und -automatisierung IFF in Magdeburg erläutert: "Die Kamera registriert die Beschriftung jeder Petrischale und erkennt gleichzeitig ihren Barcode. Diese Daten verknüpft der Computer wenige Minuten später mit dem Analysenergebnis. Dadurch können wir Verwechslungen, die hin und wieder ganze Messserien unbrauchbar machen, praktisch ausschließen."

Oliver Lange kümmerte sich mit Magdeburger Kollegen vom Institut für Mikro- und Sensorsysteme der Otto-von-Guericke-Universität neben der Koordination des Projekts um Sensorik, Steuerung und Bildverarbeitung. Technisch realisiert wurde Mirob beim ebenfalls dort ansässigen Unternehmen engelke engineering art und der Symacon GmbH. Ein weitere Partner im Projekt, das vom Bundesministerium BMBF im Programm "Produktion für Morgen" gefördert wurde, war die Firma Proteome Factory AG. Vom biotechnologischen Unternehmen Anagnostec wurde das erste Gerät vor kurzem zum Testen übernommen. Nun steht seine Vermarktung bevor.

Quelle: Fraunhofer-Gesellschaft