Schnell und genau - Diese Maske sagt dir, wenn du dich mit dem Coronavirus infiziert hast
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Schnell und genauDiese Maske sagt dir, wenn du dich mit dem Coronavirus infiziert hast

Forscherinnen und Forscher der Universität Harvard haben tragbare Biosensoren entwickelt, die den schnellen und genauen Nachweis des Coronavirus Sars-CoV-2 im Atem ermöglichen.

von
Fee Anabelle Riebeling
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Auch wenn die Infektionszahlen aktuell tief sind: An einigen Orten macht das Tragen von Masken nach wie vor Sinn. 

Auch wenn die Infektionszahlen aktuell tief sind: An einigen Orten macht das Tragen von Masken nach wie vor Sinn.

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Dies vor allem angesichts der sich immer weiter ausbreitenden Delta-Variante, wie die Weltgesundheitsorganisation erst kürzlich betonte. 

Dies vor allem angesichts der sich immer weiter ausbreitenden Delta-Variante, wie die Weltgesundheitsorganisation erst kürzlich betonte.

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Zur Auswahl stehen dabei neben Alltagsmasken vor allem Hygienemasken … 

Zur Auswahl stehen dabei neben Alltagsmasken vor allem Hygienemasken …

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Darum gehts

  • Maske tragen und testen – das sind zwei wichtige Bausteine der Pandemiebekämpfung.

  • US-Forschende haben die beiden Punkte nun in einer Gesichtsmaske vereint.

  • Diese schützt nicht nur Trägerinnen und Träger sowie deren Gegenüber vor einer Ansteckung, sie kann auch anzeigen, ob die Trägerin oder der Träger mit dem Coronavirus infiziert ist.

  • Die Verantwortlichen sind von ihrem Produkt überzeugt, doch es gibt auch kritische Stimmen.

Der PCR-Test gilt als Goldstandard, wenn es um den Nachweis einer Infektion mit dem Coronavirus Sars-CoV-2 geht. Doch er könnte Konkurrenz bekommen: Forschende der Harvard University in Boston und des Massachusetts Institute of Technology haben eine Gesichtsmaske entwickelt, die mit Hilfe eines integrierten Biosensors das Coronavirus Sars-CoV-2 in der Atemluft nachweisen kann.

Die Sensor-Maske soll auch für Laien problemlos anzuwenden sein und ähnlich zuverlässige Ergebnisse liefern wie ein PCR-Test – bloss schneller. Während beim PCR-Test nach der Probenentnahme aus Rachen und Nase oft mehrere Tage vergehen, bis das Resultat vorliegt, soll es bei der Maske schon nach rund 90 Minuten vorliegen. Zwar dauert es auch dann noch länger als bei den Antigen-Schnelltests, aber er ist dafür auch präziser als diese.

Davon gesprochen hatten die Forschenden bereits im letzten Jahr, doch nun hat das Vorhaben konkrete Formen angenommen.

Genschere und Gefriertrocknung

Der neuartige Biosensor, der in der Maske im gefriergetrockneten Zustand eingebunden ist und zum Einsatz kommt, basiert auf einer Abwandlung der Genschere Crispr/Cas9 (siehe Box). Dafür bekommt das sogenannte Sherlock-System einen Teil der genetischen Bauanleitung für das Spike-Protein von Sars-CoV-2. Das ermöglicht es, dass die RNA des Coronavirus aus der Luft aufgenommen wird. Das Cas-Enzym – in diesem Fall Cas12a – und spezielle Chemikalien vervielfältigen diese RNA-Sequenzen und aktivieren gleichzeitig einen Farbstoff, der dann im Zweifelsfall das positive Testergebnis anzeigt.

Was ist Crispr/Cas9?

Mit der Crispr-Methode schützen sich Bakterien gegen angreifende Viren. Bei Cas9 handelt es sich um ein Enzym, das die krankmachenden Viren erkennt, deren DNA ansteuert und diese dann zielgerichtet zerschneidet. Diese Methode kann mittlerweile nicht nur auf Bakterien, sondern auch auf die DNA jedes anderen Lebewesens angewendet werden.

So funktioniert die Maske im Einsatz

Die Anwendung ist denkbar einfach: Nach einer Tragezeit von 15 bis 30 Minuten muss die Trägerin oder der Träger der Maske lediglich durch Knopfdruck eine Flüssigkeit freisetzen, die den Biosensor aktiviert. Enthält die vom Tragenden ausgeatmete Luft Sars-CoV-2-RNA, zeigt die Maske dies nach einer weiteren Tragezeit von rund anderthalb Stunden farblich an. Die Erkennung ist laut der im Fachjournal «Nature Biotechnology» veröffentlichten Studie so genau, dass sie sogar zwischen den verschiedenen Varianten des Coronavirus unterscheiden könnte.

Für die verantwortlichen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler liegt der Vorteil dieser Methode klar auf der Hand: «Für jede einzelne Person, die diese diagnostische Gesichtsmaske hat, verhindert man nicht nur die Ausbreitung des Virus, sondern stellt auch relativ schnell fest, ob sie das Virus hat oder nicht», sagt einer der Autoren, Peter Nguyen vom Harvard Wyss Institute, in einer Mitteilung. Dafür habe man im Prinzip «ein ganzes diagnostisches Labor auf die Grösse eines kleinen Sensors geschrumpft, der die hohe Genauigkeit von PCR-Tests mit der Geschwindigkeit und den geringen Kosten von Antigentests kombiniert.»

Masken weiter wichtig

Wegen der deutlich ansteckenderen Delta-Mutante empfiehlt die WHO auch vollständig Geimpften, weiterhin Masken zu tragen. Denn «der Impfstoff allein wird die Übertragung in der Gemeinschaft nicht stoppen», so Mariangela Simao, stellvertretende Generaldirektorin der WHO, während eines Briefings am 25. Juni. «Die Menschen müssen weiterhin konsequent Masken tragen, sich in belüfteten Räumen aufhalten, Handhygiene betreiben, körperlichen Abstand halten und Menschenansammlungen vermeiden.»

Schon im März 2021 wiesen britische Forschende darauf hin, wie wichtig die Corona-Massnahmen trotz voranschreitender Covid-19-Impfungen sein würden. So könnte nicht nur die Zahl der Toten gesenkt werden. Auch Gesellschaften und Volkswirtschaften profitierten davon.

Kritische Stimmen

Zurückhaltender als Nguyen gibt sich Roman Wölfel, Leiter des Instituts für Mikrobiologie der Bundeswehr in München, der weder an der Entwicklung der Maske noch an der Studie beteiligt war: Bislang belegten die vorgestellten Ergebnisse vor allem die grundlegende Machbarkeit, zitiert ihn das Wissenschaftsportal Scinexx.de: «Die verschiedenen Nachweismethoden sind teilweise sehr anspruchsvoll und heutzutage selbst unter optimalen Laborbedingungen fehleranfällig.» Im Alltag kämen zusätzlich weitere störende Faktoren hinzu, «beispielsweise andere Mikroorganismen oder schleimige Substrate, die den Nachweis verzerren könnten.» Auch die Vorstellung, dass die Trägerin oder der Träger der Maske während der Analyse 90 Minuten mit einer feuchten Maske herumlaufen müsse, hält er für alltagsfern.

Auch Can Dincer, Nachwuchsgruppenleiter für interaktive Werkstoffe und bioinspirierte Technologien an der Albert-Ludwigs-Universität in Freiburg, der ebenfalls nicht an der Studie beteiligt war, zeigte sich gegenüber der Plattform skeptisch: «Solche Systeme können derzeit noch nicht die klinischen Tests ersetzen.» Grundsätzliche Vorbehalte habe er aber nicht gegenüber derartigen Entwicklungen. «Textilien integriert mit sensorischen Funktionen können in Zukunft eine sehr gute Alternative zu herkömmlichen Diagnostik-Methoden bieten.»

Alternative Einsatzmöglichkeiten

Genau daran arbeiten die US-Forschenden bereits: Ihnen zufolge können die Sensoren auch in Schutzkleidung integriert werden und Giftstoffe, Bakterien und weitere Viren nachweisen. Getestet wurde dies bereits mit dem Ebola-Virus, MRSA-Bakterien und dem Insektizid Paraoxon. Dabei greifen die Forscherinnen und Forscher auch auf die Erkenntnisse anderer Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler zurück, die gezeigt haben, dass solche für die Erkennung von Erregern entwickelten Sensoren bereits zuverlässig sagen können, ob jemand an Sars, Zika, Masern, Grippe, Hepatitis-C oder dem West-Nil-Fieber erkrankt ist.

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