Forschergruppe Molecular Diagnostics
Der Anteil von Patienten, die aufgrund resistenter Bakterien in Krankenhäusern eine angepasste Behandlung mit Reserveantibiotika erhalten müssen, steigt weltweit. Denn viele der multiresistenten Erreger werden durch die in den Leitlinien empfohlenen initialen Antibiotikatherapien oft nicht erfasst. Bei schweren Infektionen, wie Sepsis steigt die Letalität mit jeder Stunde, in der eine adäquate Therapie verzögert wird. Die kultur-basierten Routinediagnostik liefern definitive Ergebnisse jedoch erst am 3.-4. Tag nach Probenahme. Mit molekularen Tests und Point-of-Care (PoC) Diagnostika kann das Ergebnis innerhalb weniger Stunden vorliegen und die Therapie für kritisch kranke Patienten so schnell angepasst werden.
In interdisziplinärer Zusammenarbeit mit Industriepartnern und anderen Forschungseinrichtungen aus Jena und ganz Deutschland entwickeln wir verschiedene Ansätze für eine schnellere und gezielte Diagnostik der zunehmend problematischen Resistenzen. Diese interdisziplinäre Zusammenarbeit wird in Jena durch Bund, Länder und EU in Forschungsnetzwerken wie InfectoOptics, InfectoGnostics und InfectControl2020 gefördert, in welchen wir in verschiedenen Forschungs- und Entwicklungsprojekten (FuE) eingebunden sind.
Aktuelle Projekte
PbR
Entwicklung eines modularen Multiplex-Nachweissystems zum Plasmid-basierten Antibiotikaresistenzmonitoring
Weitere Informationen finden Sie hier: PLASMID-BASIERTE RESISTENZNACHWEIS
Vorhabenszeitraum: 01.10.2018- 31.08.2022
Verbundpartner: SIOS Meßtechnik GmbH, (Koordinator), Leibniz-Institut für Photonische Technologien e.V. , Mildendo GmbH
Das Projekt wird durch den Freistaat Thüringen gefördert und durch Mittel der Europäischen Union im Rahmen des Europäischen Fonds für regionale Entwicklung (EFRE) unter dem Förderkennzeichen 2018 FE 9038 (Vebundsnummer 2018 VF0015) kofinanziert.
MultiHoloDiag
Multiparameter-Analysen mit optisch-holografischen Verfahren für die medizinische Diagnostik
Weitere Informationen finden Sie hier:MULTI HOLO DIAG
Vorhabenszeitraum: 01.01.2019- 31.12.2022
Verbundpartner: Leibniz-Institut für Photonische Technologien e.V. (Koordinator), Center for Sepsis Care and Control (CSCC),
Das Projekt wird durch den Freistaat Thüringen aus Mitteln des Europäischen Sozialfonds (ESF) unter dem Förderkennzeichen 2018 FGR 0095 gefördert.
PREPLEX
KI-gestützte Assayentwicklung für phänotypische Carbapenemresistenz durch Porin-Verlust und Efflux-Überexpression bei Gram-negativen Bakterien
Weitere Informationen finden Sie hier: PREPLEX und im PREPLEX-Video
Vorhabenszeitraum: 01.09.2020- 31.08.2025
Verbundpartner: Curetis GmbH, Ares Genetics GmbH
Carbapenem-Resistenz bei Gram-negativen Bakterien stellt eine der Größten Herausforderungen an die Therapie und Diagnostik. Allerdings geht eine Carbapenem-resistenter Phänotyp nicht immer auf eine Carbapenemase, also ein Enzym, das die Reserveantibiotika inaktiviert, zurück. Oft wird dieser Phänotyp durch Sekundärmechanismen, wie Porin-Verlust oder erhöhtem Efflux, verursacht, was gut mit gezielten Kombinationstherapien behandelt werden kann. Allerdings differenziert die kulturbasierte Rotinediagnostik den Geno- und Phänotyp nicht, wohingegen die klassische PCR-basierte Molekulardiagnostik nur den Genotyp erfasst. Der Phänotyp ist jedoch stets genetisch kodiert, so dass er sich aus dem Genom theoretisch ableiten müsste, was allerdings hochkomplexe regulatorische Mechanismen und unzählige Gene und noch mehr Allelvarianten berücksichtigen muss. Das kann man kaum mit einfachen Methoden nachvollziehen. Deshalb sollen deep-learning Prozesse angewandt, um aus Genomdaten die Phänotypen abzuleiten. In dem Zusammenhang sollen auch molekulare Marker identifiziert werden, die in einfachen mRNA-basierten Assays, einen Non-Carbapenemase-bedingten Carbapenem-Resistenzphänotyp differenzieren.
Das Projekt wird im Rahmen des Forschungscampus InfectoGnostics durchgeführt und wird durch das Bundesministerium für Bildung und Forschung unter den Förderkennzeichen 13GW0457A gefördert .
DRESI
Schnelle und Präzise Diagnostik und Resistenzprüfung von Erregern der Sepsis auf der Intensivstation
Vorhabenszeitraum: 01.03.2020- 28.02.203
Verbundpartner: BLINK AG, Leibniz-Institut für Photonische Technologien e. V. Jena
Die mit Sepsis assoziierte Mortalität beträgt in Deutschland etwa 42% und konnte in der Vergangenheit kaum gesenkt werden. Einen wichtigen Faktor für den Sepsis-verursachten Tod stellt nach wie vor der fehlende Nachweis des ursächlichen Pathogens und seiner Resistenzfaktoren dar. Die Vereinfachung der heute äußerst anspruchsvollen Präanalytik und Analytik für die Erregerdiagnostik und Resistenzbestimmung bietet eine realistische Chance, die Mortalität bei Patienten mit Sepsis-Verdacht zu reduzieren und effektive Mechanismen der Antibiotika-Therapiesteuerung direkt auf der Intensivstation zu implementieren.
Das Vorhaben hat zum Ziel, einen neuartigen Test zu erforschen, der den empfindlichen Nachweis aller relevanten Erreger und ihrer Resistenzfaktoren innerhalb von 30 Minuten aus der Patientenprobe auf der Intensivstation gestattet und über integrierte Konnektivität mit einem Expertenratschlag koppelt. Der Test soll modular aufgebaut sein und so leicht um neue Erreger und Resistenzmarker erweitert werden können.
Damit wird eine wesentliche Voraussetzung zur optimalen Therapiesteuerung kritisch kranker Patienten geschaffen und ein rationaler Einsatz von Antibiotika ermöglicht.
Gefördert durch das Bundesministerium für Bildung und Forschung unter denFörderkennzeichen 13GW0423B.
Entwicklung eines Multiplex-Ansatzes zur Detektion von Antibio-tikaresistenzen in gram-negativen Bakterien mit dem Fokus auf den Nachweis von einzelnen Phänotyp-bestimmenden Substitu-tionen
GenID-ARRAY
Vorhabenszeitraum: 01.09.2019- 31.08.2022
Verbundpartner: Autoimmin Diagnostica GmbH / GenID GmbH
In der letzten Dekade hat sich insbesondere die Lage bei multiresistenten gram-negativen Erregern (MRGN) zugespitzt: In einigen europäischen Ländern werden bereits über 50 % aller nosokomialen Infektionen mit gram-negativen Bakterien durch s. g. ESBL- (extended spectrum β-lactamase) Bildner verursacht, welche die zur Behandlung empfohlenen Drittgeneration-Cephalosporine abbauen. Solche ESBL-Bildner können zusätzlich gegen andere empirisch angewendete Antibiotika, wie Fluorchinolone (FQ) resistent sein (s.g. 3 MRGN). Diese Entwicklung resultiert in einem steilen Anstieg des Verbrauches von Carbapenemen, den s. g. Reserveantibiotika, die aufgrund der Resistenz der Erreger zunehmend bereits zur Behandlung leichter Infektionen eingesetzt werden müssen. Das wiederum fördert die Selektion von Carbapenemase-bildenden Bakterien, die dann meist gegen alle gängigen Antibiotika resistent sind (s.g. 4MRGN), was die Behandlungsmöglichkeiten drastisch einschränkt. Die β-Laktamasen stellen eine hoch-variable Gruppe von Enzymen, mit diversen mit einander weinig verwandten phylogenetischen Linien und innerhalb dieser mit Untergruppen und zahlreichen Allelvarianten. Oft entscheiden einzelne Punktmutationen über den ESBL oder Carbapenemase-Phänotyp, was klassische molekulare Assays nicht differenzieren. Ziel des gemeinsamen Vorhabens ist die Entwicklung eines Festphasen-gekoppelten Arrays zum Nachweis und Differenzierung vor relevanten β-Laktamasen bzw. der Phänotyp-relevanten Substitutionen in TEM- und SHV-Genen sowie den QRDR (quinolone resistance determining regions) mittels einer Einzelbasenaddition mit fluoreszierenden Nukleotiden in einem Multiplex-Ansatz.
Gefördert durch das Bundesministeriums für Wirtschaft und Energie im Rahmen des Zentralen Innovationsprogrammes Mittelstand (ZIM) unter dem Förderkennzeichen ZF4727701NK9.