Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Katalytische Aptazym-Reportersysteme zum Pilzsporennachweis

Schimmelpilzbefall in Gebäuden stellt ein enormes Problem dar (wirtschaftlicher Schaden schätzungsweise 4,0 Mrd. €/a; 4,5 Mio. Fälle/a). Schimmelpilze in Innenräumen sind ein hygienisches Problem und für immunsupprimierte Personen sogar eine sehr ernste Gefährdung. Der Schimmelpilzbefall ist in 80 % der Fälle nicht sichtbar und nur durch aufwendige mikrobiologische Methoden nachzuweisen. Kostengünstige Verfahren zum Nachweis von Pilzsporen in der Luft, die sich selbstständig ohne die Beteiligung mikrobiologischer Laboratorien durchführen lassen, existieren zurzeit nicht. Ziel des beantragten Forschungsvorhabens ist der Nachweis von Pilzsporen mittels katalytischer Aptazym-Reportersysteme. Dazu werden Pilzsporen-spezifische Aptazyme hergestellt, indem ein Pilzsporen-spezifisches Aptamer an ein DNAzym gekoppelt wird. Durch die Bindung der Aptamerdomäne des Aptazyms an die Erkennungssequenzen auf Pilzsporen kommt es zur Konformationsänderung des Aptazyms und zur Aktivierung der DNAzymdomäne. Die aktivierte DNAzymdomäne schneidet einen gequenchten Fluoreszenz-markierten DNA-Strang aus dem Aptazym, wodurch der Fluoreszenzfarbstoff von dem Quencher gelöst und eine Fluoreszenz messbar wird. Die Sammlung der Pilzsporen aus der Luft erfolgt in einem modifizierten Impinger, der über einen Bypass mit Quarzglasabschnitt zur Fluoreszenzmessung verfügt. Durch die Verwendung von Aptameren ist es möglich, katalytische Aptazym-Reportersysteme sowohl spezifisch für eine Pilzart als auch für Pilzsporen im Allgemeinen zu entwickeln.

Bei erfolgreichem Projektabschluss kann man die Luftkeimmessung und deren Bewertung hinsichtlich der Keimbelastung signifikant schneller realisieren. Dies bietet verschiedenste Vorteile, von der schnelleren Detektion in normalen Räumen bis hin zur Bestimmung der Keime in Krankenhäusern zur Minimierung potentiell nosokomialer Infektionen. Unmittelbaren Nutzen haben Unternehmen, die sich direkt und aktiv mit Gebäudehygiene befassen, also Reinigungsunternehmen, aber auch beratende oder unterstützende Labors, die ihr Angebot entsprechend erweitern können.

Bei Anwendung des Pilzsporennachweises auf Basis katalytischer Aptazym-Reportersysteme ergeben sich wirtschaftliche Vorteile von über 37 Mio. €/a für Unternehmen aus dem Bereich der Gebäudereinigung bzw. des Facility Managements, die ihr Leistungsspektrum ausbauen können. Für deren Kunden (Immobilieneigentümer/-nutzer) resultieren bei Einsatz des neuen Pilzsporennachweises in 225.000 Verdachtsfällen pro Jahr Einsparungen von ca. 63,3 Mio. €/a.

Ergebniszusammenfassung:

In vielen Wohn- und Nichtwohngebäuden stellt Schimmelpilzbefall ein enormes Problem dar: Schimmelpilze schädigen nachweislich Bausubstanz und Inventar. Ferner stellen Schimmelpilze in Innenräumen ein hygienisches Problem dar und müssen, bevor es zu Erkrankungen durch eine dauerhafte Exposition kommt, gemäß dem Vorsorgeprinzip beseitigt werden. Schimmelpilzbefall ist meistens nicht sichtbar, tritt oftmals versteckt z. B. hinter Wand- und Deckenverkleidungen, Schrankwänden, Putzschichten oder Fußbodenkonstruktionen auf und ist gegenwärtig nur durch kostspielige, aufwendige mikrobiologische Methoden nachzuweisen. Die Überwachung bzw. Erkennung von Schimmelpilzbefall und die Sanierung betroffener Räume bzw. Gebäude gehören in zunehmendem Maße zum Dienstleistungsspektrum von Unternehmen aus dem Bereich der Gebäudereinigung bzw. des Facility Managements.

Vor diesem Hintergrund wurde ein Pilzsporennachweis auf Basis katalytischer Aptazym-Reportersysteme entwickelt: Das Nachweisprinzip beruht auf der Bindung der Aptamerdomäne speziell designter Aptazyme an Zielstrukturen auf der Oberfläche von Pilzsporen und der katalytischen Spaltung eines Reporters durch die DNAzymdomäne. Bei dem Reporter handelt es sich um ein Substrat mit Nachweisdomäne, d. h. die Schnittstelle (Ribonukleotid) liegt zwischen einem Fluorophor und einem Quencher. Bei Substratspaltung durch die DNAzymdomäne der an Pilzsporen über ihre Aptamerdomäne gebundener trans-agierender Aptazyme kommt es zur Generierung eines Fluoreszenzsignals. Mittels katalytischer Aptazym-Reportersysteme ist somit ein fluoreszenzmikroskopischer Nachweis und eine Quantifizierung der Pilzsporen möglich.