Geschmacksbasierter Grippetest, der eine Infektion innerhalb von Minuten erkennt

Eine neue Studie zeigt, dass ein einfacher Geschmack Ihnen eines Tages dank eines chemisch hergestellten Sensors, der Ihre Zunge als integriertes Diagnosewerkzeug nutzt, sagen könnte, ob Sie an Grippe leiden.

Eine aktuelle Studie veröffentlicht in ACS Zentralwissenschaft untersucht die Wirksamkeit eines neuartigen geschmacksbasierten Sensors zur Früherkennung einer Grippeinfektion.

Historische Grippeausbrüche

Influenza ist eine Virusinfektion, die akute Atemwegserkrankungen verursacht und jedes Jahr für etwa 500.000 Todesfälle verantwortlich ist. Zu den häufigsten Influenza-verursachenden Virus-Subtypen gehören Influenza A H1N1 und H3N2 sowie Influenza B-Linien wie Victoria und Yamagata. Influenza-Subtypen, die hauptsächlich für saisonale Grippeausbrüche beim Menschen verantwortlich sind, können basierend auf dem Vorhandensein der Oberflächenenzyme Neuraminidase und Hämagglutinin weiter kategorisiert werden.

Influenza-Infektionen sind seit 2020 deutlich zurückgegangen, da während der Coronavirus-Pandemie 2019 (COVID-19) persönliche Schutzmaßnahmen ergriffen wurden, um die Übertragung des schweren akuten respiratorischen Syndroms Coronavirus-2 (SARS-CoV-2) zu verhindern. Trotz dieses Rückgangs zirkuliert die saisonale Grippe weiterhin weltweit und führt insbesondere bei gefährdeten Bevölkerungsgruppen zu schweren Erkrankungen, Krankenhausaufenthalten und Todesfällen.

Zwischen 1918 und 1920 waren über 25 % der Weltbevölkerung von der Spanischen Grippe betroffen, der mehrere H1N1-Viruswellen folgten. Während der H1N1-Epidemie im Jahr 2009 wurden die meisten Todesfälle bei Menschen im Alter von 65 Jahren und jünger gemeldet, was im Vergleich zu früheren Grippeausbrüchen ein einzigartiges Muster darstellt.

Influenzaviren werden sowohl durch Tiere als auch durch Vögel übertragen. Zwischen 2022 und 2024 wurden im Vereinigten Königreich Zoonosen bei Geflügel, Milchkühen und unbekannten Tierquellen gemeldet, wobei H5N1 als dominante Variante identifiziert wurde.

Wie wird eine Grippe diagnostiziert?

In vielen Ländern auf der ganzen Welt werden Bundesmittel in großem Umfang bereitgestellt, um die Diagnostik, Behandlung und Impfung von Influenza voranzutreiben. In den Vereinigten Staaten konzentriert sich der National Strategy for Pandemic Influenza Implementation Plan hauptsächlich auf die Entwicklung von Diagnosegeräten, um zwischen mit dem Influenzavirus infizierten und gesunden Personen zu unterscheiden.

Der Polymerase-Kettenreaktionstest (PCR) ist eine äußerst empfindliche und spezifische Methode, die typischerweise zur Diagnose einer Influenza-Infektion eingesetzt wird. Trotz seines Nutzens ist dieser Assay zeitaufwändig und seine weitverbreitete Anwendung stellt aufgrund der hohen Kosten eine logistische Herausforderung dar, insbesondere für Länder mit niedrigem Einkommen.

Die meisten serologischen Grippetests liefern bei Personen mit asymptomatischen Infektionen ungenaue Ergebnisse. Daher besteht ein dringender Bedarf an einer verbesserten Diagnostik, die eine Influenza-Infektion erkennen kann, insbesondere bei präsymptomatischen, aber ansteckenden Patienten.

Über die Studie

Die Forscher der aktuellen Studie entwickelten zwei neuartige Sensoren und bewerteten ihre Wirksamkeit bei der Erkennung der frühen Phasen der Grippe Infektion durch Geschmack. Während der unmethylierte Referenzsensor durch die Verknüpfung von Thymol (O-glycosidisch) mit unmodifizierter N-Acetylneuraminsäure (Neu5Ac) entworfen wurde, war Thymol im anderen Sensor O-glycosidisch mit 4,7-Di-O-methyl-N-acetylneuraminsäure verknüpft.

Innerhalb dieser Sensoren befindet sich Thymol in einem geschützten Zustand, der seine Freisetzung verhindert, sofern es nicht der viralen Neuraminidase ausgesetzt wird, was zur Spaltung der glykosidischen Bindung führt, die der Benutzer als Geschmackssignal wahrnimmt. Um die diagnostische Genauigkeit sicherzustellen, wurden beide Sensoren gegen H1N1-Neuraminidase und bakterielle Neuraminidase getestet, die aus Micromonospora viridifaciens isoliert wurde.

Studienergebnisse

Um die Neuraminidase-Spiegel klinisch zu bestimmen, wurden Speichelproben von hospitalisierten, PCR-positiven Influenza-Patienten sowohl während der Influenza-Saison 2017/2018 als auch 2022/2023 entnommen. Die Neuraminidase-Aktivität unterschied sich zwischen den Jahreszeiten nicht signifikant.

In Sensoranalysen wurden Neuraminidase-Werte im Bereich von 5–10 mU/ml geschätzt. Die Ergebnisse kommerziell erhältlicher Tests, die auf dem unmethylierten Neuraminsäure-Rückgrat an den Positionen O4 und O7 basierten, waren denen des unmethylierten Referenzsensors ähnlich.

Die rekombinante Influenza-Neuraminidase spaltete den unmethylierten Sensor effizient, als Thymol freigesetzt wurde, was seine Spezifität widerspiegelt. Diese Ergebnisse zeigen, dass die α-glykosidische Kopplung der Reportereinheit sowohl für die enzymatische Erkennung als auch für die Signalerzeugung wesentlich ist.

Die chemische Modifikation des N-Acetylneuraminsäure-Gerüsts ermöglichte die selektive Spaltung durch die virale Neuraminidase, ohne auf die bakterielle Form dieses Enzyms zu reagieren. Diese Beobachtungen blieben bestehen, selbst bei Enzymkonzentrationen, die denen im Speichel von Influenza-positiven Patienten entsprachen.

Die Studie zeigte außerdem, dass der modifizierte (methylierte) α-Sensor innerhalb von 30 Minuten selektiv auf virale Neuraminidase reagierte, während er in Gegenwart von bakterieller Neuraminidase und in nicht dotiertem menschlichem Speichel stabil blieb.

Wir haben auf Neuraminidase reagierende Moleküle entworfen und chemisch optimiert, die bei Spaltung einen geschmacklichen Reporter freisetzen, und haben gezeigt, dass diese Sensoren virale Enzymaktivität im Speichel von Patienten in physiologisch relevanten Mengen erkennen können.“

Die Studie zeigte zwar einen enzymspezifischen Nachweis in Speichelproben, umfasste dies jedoch nicht in vivo Tests, um zu bestätigen, dass Einzelpersonen das Geschmackssignal selbst wahrnehmen können. Die Autoren betonen, dass zukünftige Studien diese sensorische Erkennung im klinischen Umfeld validieren müssen.

Schlussfolgerungen

Die Forscher entwickelten einen neuartigen geschmacksbasierten Sensor zur Erkennung einer Grippeinfektion in einem frühen Stadium, der das Potenzial hat, zwischen gesunden Personen und asymptomatischen, aber kürzlich infizierten Personen zu unterscheiden. Die aktuellen Ergebnisse basieren jedoch eher auf biochemischen Analysen und Speichelprobenanalysen als auf direkten Tests am Menschen.

Trotz dieser Beobachtungen sind weitere klinische Studien erforderlich, um die Empfindlichkeit dieses Sensors vor seinem klinischen Einsatz zu validieren. Im Falle einer Validierung könnte der Ansatz eine zugängliche, kostengünstige Screening-Methode für die schnelle Erstlinienerkennung von Influenza darstellen.

Quellen: