Elektronenmikroskopische Diagnostik zur Aufklärung von Infektionskrankheiten

Der morphologische Nachweis von Viren mit dem Transmissionselektronenmikroskop (TEM) gehört zu den klassischen Methoden der Virologie. Das Verfahren ergänzt sinnvoll die Palette der veterinärmedizinischen Untersuchungstechniken am Hessischen Landeslabor, da molekularbiologische Techniken für die Erregerbestimmung nicht immer geeignet sind.

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Rotavirus-Nachweis in einer Kotprobe vom Kalb
Rotavirus-Nachweis in einer Kotprobe vom Kalb

Der morphologische Nachweis von Viren mit dem Transmissionselektronenmikroskop (TEM) gehört zu den klassischen Methoden der Virologie. Im Zusammenhang mit der Diskussion um neu oder erneut auftretende Erkrankungen (Emerging/Re-Emerging Diseases) ist dieses Untersuchungsverfahren, das einen “offenen Blick“ in die Probe erlaubt, wieder stärker in den Fokus der mikrobiologischen Diagnostik gerückt. „Offener Blick“ heißt, dass nicht nur Viren sondern sämtliche in der Probe eventuell vorhandenen Erreger nachgewiesen werden können. Dazu zählen beispielsweise Bakterien, auch zellwandlose Mycoplasmen oder Zellanhänge von Bakterien (Fimbrien).

Das im Grunde klassische Verfahren ergänzt sinnvoll die Palette der veterinärmedizinischen Untersuchungstechniken am Hessischen Landeslabor, da beispielsweise molekularbiologische Techniken nicht immer geeignet sind, bewährte konventionelle Untersuchungsmethoden zu ersetzen. Insbesondere bei der Identifizierung neuer, unbekannter Erreger und deren Klassifizierung anhand charakteristischer morphologischer Strukturen ist eine TEM- Untersuchung oft die einzige zielführende Methode. Das liegt unter anderem daran, dass molekularbiologische Verfahren wie die PCR (Polymerase-Chain-Reaction = Polymerase-Kettenreaktion, ein künstliches Verfahren zur Vervielfältigung von DNA) häufig sehr spezifisch auf ein oder einige wenige Erregergenome ausgerichtet sind.

Mit der TEM können unter der Voraussetzung, dass genügend Erreger (104-106 Partikel/ml) in der Probe vorhanden sind, durch morphologische Kriterien sicher nachgewiesen werden. Auf diese Weise ist auch eine Diagnostik von Mehrfach- oder Mischinfektionen möglich. Jedoch ermöglicht die TEM-Diagnostik lediglich eine Diagnose der Virusgruppe (z.B. Parapox-Virus), nicht aber den spezifischen Typ.

Das TEM arbeitet mit Elektronenstrahlen, die sehr viel kurzwelliger als das sichtbare Licht sind. So können damit auch sehr kleine Strukturen erkannt werden. Hauptnachteil der elektronenmikroskopischen Untersuchung ist die geringe Nachweisempfindlichkeit, da bei den verwendeten starken Vergrößerungen nur ein geringer Teil des Untersuchungsmaterials durchgemustert werden kann. Durch Einsatz verschiedener Anreicherungsverfahren kann die Nachweisempfindlichkeit zwar in Grenzen erhöht werden. Dennoch haben diesbezüglich moderne molekularbiologischen Verfahren wie die PCR deutliche Vorteile.

Mit der Elektronenmikroskopie können prinzipiell alle Flüssigkeiten und Gewebe, die potentiell Mikroorganismen enthalten, untersucht werden. Native Materialien, wie Flüssigkeiten aus veränderten Haut- und Schleimhautarealen, wie Bläschen und Aphten, Darminhalts- und Kotproben oder Überständen aus Zellkulturen lassen sich ebenso untersuchen wie Hautkrusten, Warzenmaterial und Organverreibungen, die allerdings vorher einen Homogenisierungsschritt benötigen. Die Materialien werden auf kleine Kupfernetze aufgebracht und mit Schwermetallsalzen angefärbt. Diese Probenpräparation ist recht einfach und schnell, so dass bei eiligen Proben das Ergebnis gegebenenfalls nach einer Stunde vorliegen kann. Zudem ist eine Schwarz/Weiß- Dokumentation über eine Digitalkamera möglich.

Stand: Januar 2019