Salmonellentest in wenigen Minuten

Eine Woche kann vergehen von der Probenentnahme bis zum Testergebnis. Salmonellen nachzuweisen, ist bisher ein aufwendiger Prozess, bei dem die Bakterien zuerst in einer konzentrierten Lösung vorliegen müssen, dann in Petrischalen einen oder sogar zwei Tage lang vermehrt werden und anschließend von Fachpersonal begutachtet werden. Das Ganze in mehreren Zyklen.

"Die derzeitige Technik ist gar keine Technik. Menschen sehen sich die Bakterienkolonien in den Petrischalen an und wählen verdächtige Kolonien aus. Manchmal sind 300 Kolonien in einer Schale. Und sie machen das nicht nur mit einer Petrischale, sondern mit zig Petrischalen am Tag. Das verbraucht viel Zeit und produziert Fehler. Unser Ziel ist es, diese Fehler zu reduzieren und den ganzen Prozess zu beschleunigen."

Seung-Chul Yoon vom Forschungszweig des US-Landwirtschaftsministeriums kann zwar das Kultivieren der Bakterien nicht beschleunigen, aber den Auswertungsprozess. Dabei geht es darum, unter den vielen verschiedenen Bakterien, die sich beispielsweise in einer Probe von Geflügelspülwasser befinden können, Salmonellen sicher und schnell zu identifizieren. Yoon beleuchtet die Petrischalen dazu mit Licht vieler verschiedener Wellenlängen, also verschiedener Farben. Bei jeder einzelnen Farbe zeichnet das Gerät die Reflexionen auf – vergleichbar mit einem Fotoapparat, dessen Blitz nacheinander verschiedenfarbiges Licht auf das Objekt wirft.

"Und tatsächlich haben die Salmonellen ein anderes Lichtspektrum reflektiert als andere Mikroorganismen, die üblicher Weise in Hühnchen-Spülwasser vorkommen."

Zwei Salmonellenarten, die auf Hühnerfleisch vorkommen, kann der Forscher mit seiner Spektrographie-Methode sicher nachweisen. Die Aufnahme der Bilder dauert einige Minuten, die Analyse geht in Sekundenschnelle. Jetzt will Yoon überprüfen, ob es für eine sichere Erkennung ausreicht, nur einzelne Wellenlängen zu verwenden, anstatt das ganze Lichtspektrum durchzugehen. Dann ließe sich der Prozess nochmals beschleunigen. Noch schneller, nicht Stunden, sondern nur Minuten soll ein Salmonellen-Test dauern, der ebenfalls mit Geld des Landwirtschaftsministeriums an der Universität von Auburn, Alabama, entwickelt wird.

"Wir wollen den Test aus den Biologischen Labors auf das Feld, ins Restaurant oder auch in Ihre Küche bringen."

Yating Chai und ihr Team nutzen winzig kleine Sensoren. Sie sind etwa einen Millimeter lang und 0,2 Millimeter breit.

"Im Innern des Sensors befindet sich ein magnetisches Material. Die Oberfläche besteht aus einer Goldbeschichtung. Diese kann dann die Bakteriophagen an sich binden."

Bakteriophagen sind Viren, die Bakterien als Wirte nutzen. Die winzigen Sensorstreifen sind also außen mit Salmonellenviren besetzt. Diese binden sich – wenn vorhanden – an Salmonellen. Die Forscher platzieren diese Teststreifen auf präparierten Tomaten. Als eigentliches Messgerät dient eine Spule, die ein schwingendes Magnetfeld erzeugt. Die Teststreifen schwingen daraufhin der Länge nach. Haben sie Salmonellen an sich gebunden, ändert sich die Frequenz der Schwingung. Um die Schwingungen zu erzeugen, muss die Messspule allerdings bis auf einen Millimeter Abstand an den Teststreifen herangebracht werden. In Zukunft soll ein größerer Abstand möglich sein, um die Messung zu vereinfachen.

"Als nächstes wollen wir eine Spule entwickeln, die die Oberfläche abscannen kann, um so viel wie möglich von der Oberfläche des Lebensmittels zu erfassen."

So sollen dann mehrere Sensoren gleichzeitig erfasst werden können. Yating Chai will die Messapparatur außerdem verkleinern. Ihr Ziel:

"Weil wir mit einem Magnetfeld arbeiten, ist es ein drahtloses Gerät. Man kann es direkt nutzen. Wir wollen es auch tragbar machen, sodass man es in die Tasche stecken kann – vielleicht in Zukunft irgendwann."