Schluckbarer Bakterien-Sensor erkennt Blutungen und überträgt Daten per Funk

| Autor / Redakteur: Stefan Parsch, dpa / Julia Schmidt

Der Bakterien-Sensor erreicht seine volle Empfindlichkeit nach 120 Minuten, nachdem er geschluckt wurde.
Der Bakterien-Sensor erreicht seine volle Empfindlichkeit nach 120 Minuten, nachdem er geschluckt wurde. (Bild: MIT)

Untersuchungen des Magen-Darm-Trakts sind oft aufwändig und für Patienten unangenehm. Nun stellen US-Forscher einen Bakterien-Sensor vor, der in einigen Fällen eine Alternative bieten könnte.

Ein verschluckbarer Sensor könnte künftig Magenblutungen und andere Probleme des Verdauungstrakts diagnostizieren. US-Forscher haben einen entsprechenden Prototypen gebaut, in dem genetisch veränderte Bakterien eingeschlossen sind. Die Bakterien leuchten auf, wenn sie mit Blut in Kontakt kommen, berichten Forscher um Mark Mimee vom Massachusetts Institute of Technology (MIT) in Cambridge (Massachusetts, USA) im Fachblatt „Science“. Sie haben den Bakteriensensor an Schweinen getestet. Er könne so angepasst werden, dass die Bakterien auch andere Moleküle - und damit andere Erkrankungen - nachweisen.

Ein Vorteil des Verfahren sei, dass der Darm mit einer solchen Kapsel unter natürlichen Bedingungen untersucht werden könne, schreiben Peter Gibson und Rebecca Burgell von der Monash University in Melbourne (Australien) in einem Kommentar zu der Studie, der ebenfalls in „Science“ veröffentlicht ist. Wolle man üblicherweise etwa den Dickdarm untersuchen, müsse man zuvor eine Darmreinigung machen, die die normale Physiologie unterbreche. Gibson und Burgell gehören zu einem Forscher-Team, das Anfang des Jahres eine ähnliche Kapsel zur Messung von Gasen im Darm vorgestellt hat.

Das von den Bakterien ausgesendete Licht wird in elektrische Signale umwandeln

Mimee und Kollegen veränderten für ihren Sensor einen Stamm des Darmbakteriums Escherichia coli so, dass die Einzeller Licht aussenden (Biolumineszenz), wenn sie mit Häm in Kontakt kommen, einem Bestandteil der roten Blutkörperchen. Die Bakterien zeigen also mit dem Leuchten an, dass Blut in ihrer Umgebung ist. Die Forscher testeten diese Funktion zunächst an Pferde-, dann an Menschenblut.

Sie brachten die Bakterien in einer weniger als vier Zentimeter großen Kapsel unter, umgeben von einer Membran, die für kleine Moleküle aus der Umgebung durchlässig ist. Zudem verstauten sie Fototransistoren in der Kapsel, die das von den Bakterien ausgesendete Licht in elektrische Signale umwandeln: je mehr Licht, desto stärker das Signal. Die Kapsel funkt diese Signale, die dann von einem Empfänger aufgenommen und an einen Computer oder ein Smartphone weitergeleitet werden. Mit einer speziellen Software können dann die Messwerte nahezu in Echtzeit dargestellt werden.

Für die meisten Moleküle ist allerdings nicht die bloße Anwesenheit relevant

Nach erfolgreichen Versuchen in Mäusen testeten die Wissenschaftler die Kapsel an Schweinen. 52 Minuten, nachdem die Schweine eine Flüssigkeit mit einer kleinen Menge Blut geschluckt hatten, zeigte die Kapsel dies an. Seine volle Empfindlichkeit erreichte der Sensor nach 120 Minuten. Das Ziel der Entwicklung sei es, unnötige Prozeduren zu umgehen, indem man einfach die Kapsel schluckt. „In kürzester Zeit würde man wissen, ob es eine Blutung gibt oder nicht.“, erläutert Mimee. Derzeit werden Magenblutungen, etwa infolge eines Magengeschwürs, meist endoskopisch nachgewiesen, wozu der Patient meist ruhiggestellt werden müsse.

Das Team um Mimee führte auch erfolgreiche Untersuchungen mit zwei weiteren Biomarkern durch: Thiosulfat zeigt Entzündungen im Darm an und ein erhöhter Wert an Acyl-Homoserinlacton ist ein Hinweis auf eine bakterielle Infektion. Für jeden Biomarker muss allerdings ein E. coli-Stamm entsprechend genetisch verändert werden. „Der Großteil unserer jetzt vorgestellten Untersuchung bezieht sich auf den Nachweis von Blut, aber es ist vorstellbar Bakterien zu erzeugen, die alles Mögliche aufspüren und daraufhin Licht aussenden“, sagt Mimee in einer Mitteilung des MIT.

In ihrem Kommentar begrüßen Gibson und Burgell die Entwicklung dieser Kapsel, sie zeigen allerdings auch deren Grenzen auf: Für die meisten Moleküle sei nicht deren bloße Anwesenheit relevant, sondern vielmehr, wo und in welcher Konzentration sie gefunden werden. Neben einer medizinischen Anwendung sehen die beiden Wissenschaftler auch die Möglichkeit, grundsätzlich mehr über das Funktionieren des Verdauungsapparates herauszufinden.

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