Die rasche Ausbreitung von Tierkrankheiten und die Evolution von Erregern bedrohen die Tierhaltung erheblich. Herkömmliche Nachweismethoden wie PCR erfordern teure Geräte und Fachpersonal, was sie für den Einsatz auf Farmen oder in ländlichen Gebieten ungeeignet macht. In den letzten Jahren hat sich das CRISPR-Cas-System, ursprünglich für die Genbearbeitung entwickelt, zu einem innovativen Detektionswerkzeug gewandelt. Besonders die Class-2-Proteine Cas9, Cas12 und Cas13 ermöglichen durch ihre präzise Erkennung von Nukleinsäuresequenzen einen schnellen und sensiblen Nachweis vor Ort. Kombiniert mit isothermer Amplifikationstechnik bieten sie effiziente Lösungen für den Pathogennachweis bei Tieren.

Eine Übersichtsarbeit eines Teams aus dem Tianjin Key Laboratory of Agricultural Animal Breeding and Healthy Husbandry an der Tianjin Agricultural University hebt die Class-2-CRISPR-Cas-Systeme als entscheidenden Durchbruch hervor. Diese Systeme arbeiten mit einem einzigen Cas-Protein, was eine einfache Struktur und leichte Modifizierung erlaubt. In Verbindung mit isothermer Amplifikation erfolgt die Detektion in kurzer Zeit. Beim Cas12-System aktiviert der Fund des Ziel-DNAs eine Kollateralspaltung, die fluoreszierende Sonden oder markierte Moleküle auf Teststreifen durchtrennt und Ergebnisse durch Signaländerungen anzeigt. Die Arbeit erschien in der Fachzeitschrift Frontiers of Agricultural Science and Engineering.

Für RNA-Viren wie das Vogelgrippevirus oder das Duck-Tembusu-Virus zeigt das Cas13-System herausragende Leistung. Die SHERLOCK-Plattform kombiniert Rekombinase-Polymerase-Amplifikation mit Transkription, um Ziel-RNA zu amplifizieren, gefolgt von präziser Erkennung durch Cas13, die fluoreszierende Signale auslöst. Untersuchungen belegen, dass der Nachweis des H5-Subtyps des Vogelgrippevirus mit Cas13 und RT-RAA nur 40 Minuten dauert, bei einer Sensitivität von 0,1 Virus-Kopie pro Mikroliter. In Kombination mit Lateral-Flow-Streifen lassen sich Ergebnisse ohne Geräte ablesen, was Basisveterinäre im Feld unterstützt. Cas13 ermöglicht zudem den simultanen Nachweis mehrerer Pathogene, etwa Duck-Hepatitis-A-Virus Typ 3 und neues Duck-Reovirus, was die Diagnoseeffizienz steigert.

Die Kernvorteile liegen in der Feldtauglichkeit: Während PCR mehrere Stunden benötigt, sind die meisten CRISPR-basierten Methoden innerhalb einer Stunde abgeschlossen. Sie erreichen eine hohe Sensitivität bis auf Einzelkopie-Niveau, wie beim Cas12-Nachweis des Porcinen Reproduktiven und Respiratorischen Syndrom-Virus in unter 25 Minuten mit nur einer Virus-Kopie, was Fehlnegative vermeidet. Keine teuren Geräte sind nötig; Operationen erfolgen bei einfacher Erwärmung oder Raumtemperatur, und Ergebnisse werden visuell dargestellt, etwa durch Fluoreszenz oder Farbwechsel auf Teststreifen. Beim Nachweis der Afrikanischen Schweinepest erhalten Landwirte Ergebnisse in einer halben Stunde mit portablen Streifen, was eine schnelle Isolierung infizierter Tiere erlaubt und Herdeninfektionen verhindert, um wirtschaftliche Verluste zu minimieren und Epidemien einzudämmen.

Die Übersicht weist jedoch auf Herausforderungen hin: Einige Methoden bergen durch Nukleinsäure-Amplifikation ein Kontaminationsrisiko; Verunreinigungen wie Blut oder Kot in Tierproben können die Detektion stören. Zukünftige Forschungsrichtungen umfassen amplifikationsfreie CRISPR-Detektionen oder optimierte Systeme gegen Probenverunreinigungen, um eine zuverlässigere Anwendung vor Ort zu gewährleisten.

Insgesamt eröffnet das Class-2-CRISPR-Cas-System neue Wege für den Pathogennachweis bei Tieren. Es verspricht, ein praktisches Instrument für die Epidemieprävention in der Tierhaltung zu werden, insbesondere in ressourcenarmen Regionen. Durch schnelle Diagnosen kann die Industrie geschützt und die gesunde Entwicklung gefördert werden. Die Technologie überwindet die Limitationen traditioneller Verfahren, indem sie Geschwindigkeit, Sensitivität und Einfachheit kombiniert. Forscher erwarten weitere Anpassungen, um die Methode robuster zu machen. Die Integration in Routineverfahren könnte die globale Tiergesundheit verbessern und Ausbrüche frühzeitig eindämmen. Die Arbeit unterstreicht den Übergang von Labormethoden zu feldbasierten Ansätzen, was für Entwicklungsländer besonders relevant ist.

Redaktion: X-Press Journalistenbüro GbR

Gender-Hinweis. Die in diesem Text verwendeten Personenbezeichnungen beziehen sich immer gleichermaßen auf weibliche, männliche und diverse Personen. Auf eine Doppel/Dreifachnennung und gegenderte Bezeichnungen wird zugunsten einer besseren Lesbarkeit verzichtet.