Mit MALDI-TOF schneller zum Ziel

Das MALDI-TOF-Verfahren und sein Einsatz im Trinkwasserbereich wurden in einem DVGW-Forschungsprojekt untersucht.

MALDI-TOF ist eine Methode der Massenanalyse von chemischen Verbindungen. Diese moderne und hoch innovative Methode wird auch zur Bakterienidentifizierung eingesetzt und hat diese im medizinisch-diagnostischen Bereich bereits revolutioniert. Dabei wird die Matrix-Assistierte Laser-Desorption-Ionisierung (MALDI) mit der Flugzeitanalyse (Time of Flight, TOF) freigesetzter Ionen zur Massenspektrometrie kombiniert. Untersuchungen im Rahmen eines DVGW-Forschungsprojekts haben bestätigt, dass diese Technik auch für den Trinkwassersektor sehr zukunftsträchtig ist. Sie arbeitet extrem schnell und ermöglicht es, Bakterien im Wasser genau zu identifizieren.

Die Identifizierung von Bakterien spielt im Trinkwasserbereich eine immer wichtigere Rolle und kann beim Nachweis von Indikatorbakterien wie coliformen Bakterien oder Enterokokken ein wichtiges Werkzeug bei der Ursachenanalyse und Befundbewertung sein. Weiterhin ermöglicht eine Identifizierung auch den Ersatz von Bestätigungsreaktionen beim Nachweis von Krankheitserregern, wie z. B. beim kulturellen Nachweis von Pseudomonas aeruginosa, Legionellen oder Campylobacter-Spezies. Hierfür ist allerdings eine Zulassung der Identifizierung als alternative Bestätigungsreaktion im Rahmen der jeweiligen Norm notwendig.

Die Untersuchungen des TZW haben gezeigt, dass auch für Trinkwasserlabore bzw. den Wassersektor generell die MALDI-TOF-Technologie sehr zukunftsträchtig ist. Die Identifizierung mit der MALDI-TOF-MS eignet sich sehr gut für die im Projekt betrachteten im Trinkwasserbereich relevanten Bakteriengruppen (coliforme Bakterien, Enterokokken, Pseudomonas aeruginosa, Campylobacter). Liegen Bakterienisolate vor, so können diese innerhalb von weniger als einer Stunde identifiziert werden. Dies stellt eine enorme Zeitersparnis dar, sowohl im Vergleich zu klassischen Identifizierungsverfahren als auch im Vergleich zur Identifizierung über die DNA-Sequenz. Diese Schnelligkeit ist ein großer Vorteil der Methode. Außerdem können auf einer Probenplatte (Target) bis zu 96 Isolate in einem Lauf untersucht werden.

Das große Potential der Methodik, aber auch die derzeit noch vorhandenen Limitierungen, wurden bei den Untersuchungen deutlich. Wie bei jeder Identifizierungsmethode hängt das Identifizierungsergebnis auch bei der MALDI-TOF-MS stark von der zugrundeliegenden Datenbank ab. Diese zeigt noch eine starke medizinische Prägung. Die Herstellerdatenbank wird mittlerweile aber auch sukzessive um wasserrelevante Bakterien erweitert. Die im Rahmen des DVGW-Forschungsvorhabens durchgeführten Untersuchungen haben zudem gezeigt, in welchen Bereichen noch Bedarf zur Datenbankerweiterung besteht.

Bei der MALDI-TOF-MS wird nur wenig Verbrauchs- und Probenmaterial benötigt. Dadurch sind auch die Verbrauchskosten gering. Die Identifizierung ist außerdem weitestgehend unabhängig vom verwendeten Nährmedium. Isolate auf allgemeinen nicht-selektiven Nährmedien ließen sich auch nach längerer Lagerung noch gut identifizieren, lediglich bei Kolonien auf Selektivmedium sollte die Identifizierung innerhalb von 1 bis 2 Tagen erfolgen.

Ein Nachteil sind die vergleichsweise hohen Anschaffungs- und Wartungskosten für das MALDI-Gerät. Hochspezialisierte Labore wie das am TZW bieten die MALDI-TOF-MS als Dienstleistung für Wasserversorgungsunternehmen an. Diese werden insbesondere dann nachgefragt, wenn auffallende mikrobiologische Befunde möglichst schnell, genau und zuverlässig untersucht werden sollen.

Die wesentlichen Ergebnisse des Forschungsprojekts wurden im Rahmen des TZW Kolloquiums 2022 präsentiert und sind in dem Tagungsband nachzulesen. Eine ausführliche Darstellung zu dem Projekt ist in einem eigenen TZW-Band erschienen.

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