Toxine, Bakterien, Viren: Das sind die drei Klassen von biologischen Gefahrstoffen, derer sich Bösewichte bedienen könnten, um Menschen in Angst und Schrecken zu versetzen. Um Bioterrorismus im Ernstfall wirksam begegnen zu können, wünschen sich Katastrophenschützer deshalb vor allem eines: Ein Messgerät, das ihnen vor Ort schnell verrät, womit sie es zu tun haben, ohne stundenlang auf eine Laboranalyse warten zu müssen.
"Wenn ich in der Lage bin, direkt am Ort des Geschehens mir ein Bild der Situation zu machen, kann ich viel schneller auf die Dinge reagieren und schneller Entscheidungen ableiten, was zur Gefahrenabwehr dann zu tun ist."
Dr. Jörg Weber von der Firma Analytik Jena in Göschwitz koordiniert die Entwicklung solch eines mobilen Biolabors. Neben Giften wie Botulinumtoxin oder Rizin soll es unter anderem auch Lassa-Viren und Mikroorganismen wie E-coli-Bakterien, Pest-Erreger und Milzbrand-Sporen erkennen. Der Demonstrator ist so groß wie ein Mikrowellenofen. Man sieht ein Netzteil, Elektronikplatinen, Kabel und Dutzende kleine Ventile, von denen Schläuche zu einer Kartusche mit feinen Kanälen führen. In ihrer Mitte steckt das Herzstück des Sensorsystems: Ein fingernagelgroßer Chip, auf dem an 16 Positionen verschiedene Fängermoleküle warten, erklärt Webers Kollege Benjamin Jaschinsky.
"Und diese Fängermoleküle sind spezifisch für dieses Protein oder den Erreger, was ich nachweisen möchte. Sobald dieser Erreger darüber gepumpt wird, habe ich sozusagen ein Schlüssel-Schloss-Prinzip, dann wird der Erreger dort auf dieser Position gefangen."
In weiteren Reaktionsschritten werden verschiedene Lösungen über den Chip gepumpt. Dabei entsteht dort, wo ein Pathogen angedockt hat, ein stromleitendes Molekül. Und das lässt sich elektrisch detektieren. Jaschinsky:
"Das ist das, was das Gerät macht. Es misst den Strom an diesen 16 verschiedenen Positionen. Und je höher der Strom ist, der da fließt, umso mehr von dem Erreger ist dort gebunden. Das heißt, wir haben nicht nur eine qualitative Aussage, sondern wir haben auch in gewissem Maße eine quantitative Aussage: Es ist ungefähr so und soviel Erreger in der Flüssigkeit gewesen."
In der scheckkartengroßen Kartusche stecken neben dem Chip auch alle anderen wichtigen Zutaten. Substanzen in Pulverform, die für den Aufschluss der Probe und – im Fall von Viren und Bakterien – für die Analyse ihres Erbguts nötig sind. Dazu werden die feinen Kanäle computergesteuert von verschiedenen Lösungen durchspült und aufgeheizt, um Enzyme einzubringen, Bakterienhüllen zu knacken und DNA-Schnipsel zu vervielfältigen. Alles, was der Anwender tun muss, ist: Mit einem Tupfer eine Probe nehmen, sie in einen kleinen Napf an der Kartusche geben und diese dann in den Schlitz am Detektor schieben. Der Rest geht automatisch. Jaschinsky:
"Wir haben uns als Ziel gesetzt, unter 60 Minuten zu bleiben. Momentan sind wir noch ein bisschen drüber. Aber die Nachweisverfahren, die wir nutzen, Polymerase-Kettenreaktion, erlauben es uns schon, diese Anreicherung in 40 Minuten durchzuführen und dann den Nachweis nachgeschaltet in zehn Minuten. Was zeitaufwändiger ist, momentan noch, ist diese Aufreinigung. Die kann zwischen zehn und 30 Minuten dauern, sodass wir momentan knapp unter eineinhalb Stunden sind."
Je nachdem, ob die Proben als Puder, als Granulat oder Flüssigkeit vorliegen, sind ganz andere Agenzien nötig, um DNA oder Proteine zu extrahieren. Vermutlich wird es deshalb darauf hinauslaufen, dass für die Untersuchung von Milchpulver, Honig oder Bodenproben jeweils spezifische Protokolle abgearbeitet werden müssen. Der Traum vom idiotensicheren Universal-Messgerät, wäre damit noch nicht ganz erfüllt. Jaschinsky:
"Was problematisch ist, dass es halt vielleicht Organismen gibt, die man vielleicht nicht aufschließen kann. Oder dass die in einer Umgebung sind, die meine Aufschlussmethode so stark behindert, dass ich einfach nicht ran komme. Es gibt Organismen, die Verweilformen bilden, Sporen oder noch härtere Organismen. Und die sind schwer aufzubekommen. Eine Sicherheit, dass man alle Proben aufschließt, kann man einfach nicht geben."
Will heißen: Ein Schurke, der es darauf anlegt, den Detektor zu täuschen, würde bei hinreichendem Vorwissen Mittel und Wege finden. Der durch neue Technik erzielte Schutz, bleibt eben immer nur einer auf Zeit. So sieht das auch der Sicherheitsforscher Professor Stefan Strohschneider von der Universität Jena:
"Ich sage immer: Halten wir die für blöd, oder was? Es kommt mir manchmal wirklich so vor, als würden wir wirklich mögliche Terroristen für dumm halten, dass sie nicht in der Lage sind zu lernen. Natürlich wird dieser Rüstungswettlauf stattfinden. Er findet schon längst statt."
Zur Themenübersicht "Schutz durch Technik"
"Wenn ich in der Lage bin, direkt am Ort des Geschehens mir ein Bild der Situation zu machen, kann ich viel schneller auf die Dinge reagieren und schneller Entscheidungen ableiten, was zur Gefahrenabwehr dann zu tun ist."
Dr. Jörg Weber von der Firma Analytik Jena in Göschwitz koordiniert die Entwicklung solch eines mobilen Biolabors. Neben Giften wie Botulinumtoxin oder Rizin soll es unter anderem auch Lassa-Viren und Mikroorganismen wie E-coli-Bakterien, Pest-Erreger und Milzbrand-Sporen erkennen. Der Demonstrator ist so groß wie ein Mikrowellenofen. Man sieht ein Netzteil, Elektronikplatinen, Kabel und Dutzende kleine Ventile, von denen Schläuche zu einer Kartusche mit feinen Kanälen führen. In ihrer Mitte steckt das Herzstück des Sensorsystems: Ein fingernagelgroßer Chip, auf dem an 16 Positionen verschiedene Fängermoleküle warten, erklärt Webers Kollege Benjamin Jaschinsky.
"Und diese Fängermoleküle sind spezifisch für dieses Protein oder den Erreger, was ich nachweisen möchte. Sobald dieser Erreger darüber gepumpt wird, habe ich sozusagen ein Schlüssel-Schloss-Prinzip, dann wird der Erreger dort auf dieser Position gefangen."
In weiteren Reaktionsschritten werden verschiedene Lösungen über den Chip gepumpt. Dabei entsteht dort, wo ein Pathogen angedockt hat, ein stromleitendes Molekül. Und das lässt sich elektrisch detektieren. Jaschinsky:
"Das ist das, was das Gerät macht. Es misst den Strom an diesen 16 verschiedenen Positionen. Und je höher der Strom ist, der da fließt, umso mehr von dem Erreger ist dort gebunden. Das heißt, wir haben nicht nur eine qualitative Aussage, sondern wir haben auch in gewissem Maße eine quantitative Aussage: Es ist ungefähr so und soviel Erreger in der Flüssigkeit gewesen."
In der scheckkartengroßen Kartusche stecken neben dem Chip auch alle anderen wichtigen Zutaten. Substanzen in Pulverform, die für den Aufschluss der Probe und – im Fall von Viren und Bakterien – für die Analyse ihres Erbguts nötig sind. Dazu werden die feinen Kanäle computergesteuert von verschiedenen Lösungen durchspült und aufgeheizt, um Enzyme einzubringen, Bakterienhüllen zu knacken und DNA-Schnipsel zu vervielfältigen. Alles, was der Anwender tun muss, ist: Mit einem Tupfer eine Probe nehmen, sie in einen kleinen Napf an der Kartusche geben und diese dann in den Schlitz am Detektor schieben. Der Rest geht automatisch. Jaschinsky:
"Wir haben uns als Ziel gesetzt, unter 60 Minuten zu bleiben. Momentan sind wir noch ein bisschen drüber. Aber die Nachweisverfahren, die wir nutzen, Polymerase-Kettenreaktion, erlauben es uns schon, diese Anreicherung in 40 Minuten durchzuführen und dann den Nachweis nachgeschaltet in zehn Minuten. Was zeitaufwändiger ist, momentan noch, ist diese Aufreinigung. Die kann zwischen zehn und 30 Minuten dauern, sodass wir momentan knapp unter eineinhalb Stunden sind."
Je nachdem, ob die Proben als Puder, als Granulat oder Flüssigkeit vorliegen, sind ganz andere Agenzien nötig, um DNA oder Proteine zu extrahieren. Vermutlich wird es deshalb darauf hinauslaufen, dass für die Untersuchung von Milchpulver, Honig oder Bodenproben jeweils spezifische Protokolle abgearbeitet werden müssen. Der Traum vom idiotensicheren Universal-Messgerät, wäre damit noch nicht ganz erfüllt. Jaschinsky:
"Was problematisch ist, dass es halt vielleicht Organismen gibt, die man vielleicht nicht aufschließen kann. Oder dass die in einer Umgebung sind, die meine Aufschlussmethode so stark behindert, dass ich einfach nicht ran komme. Es gibt Organismen, die Verweilformen bilden, Sporen oder noch härtere Organismen. Und die sind schwer aufzubekommen. Eine Sicherheit, dass man alle Proben aufschließt, kann man einfach nicht geben."
Will heißen: Ein Schurke, der es darauf anlegt, den Detektor zu täuschen, würde bei hinreichendem Vorwissen Mittel und Wege finden. Der durch neue Technik erzielte Schutz, bleibt eben immer nur einer auf Zeit. So sieht das auch der Sicherheitsforscher Professor Stefan Strohschneider von der Universität Jena:
"Ich sage immer: Halten wir die für blöd, oder was? Es kommt mir manchmal wirklich so vor, als würden wir wirklich mögliche Terroristen für dumm halten, dass sie nicht in der Lage sind zu lernen. Natürlich wird dieser Rüstungswettlauf stattfinden. Er findet schon längst statt."
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