Durch Hydrolyse bilden β-Lactame die offenkettige Form, die vom Antikörper besser erkannt wird und damit empfindlicher detektiert werden kann.
Quelle: BAM
Die Kontamination von Gewässern mit pharmazeutisch aktiven Subtanzen, insbesondere Antibiotika, stellt ein zunehmendes Gesundheitsrisiko für Mensch und Tier dar. Vor allem die potenzielle Entwicklung antibiotikaresistenter Keime ist hierbei besorgniserregend, da diese auch ins Trinkwasser gelangen könnten. Um die Sicherheit eines Gewässers für die Trinkwasserentnahme zu gewährleisten, sind daher schnelle und kostengünstige Analysenmethoden für die vor-Ort-Analytik nötig.
Hier bieten sich immunanalytische Methoden an, die auf der Bindung spezifischer Antikörper an den Analyten basieren, z. B. der ELISA (Enzyme-linked Immunosorbent Assay). Je nach Analyt können diese Methoden allerdings auch verschiedene Fallstricke bereithalten, wie hier anhand einer Reihe von Penicillinen aus der Klasse der ß-Lactam-Antibiotika gezeigt wird. Dabei spielt in Wasserproben die Hydrolyse des ß-Lactam-Rings, den alle Penicilline gemein haben, eine entscheidende Rolle. Wie sich zeigte, wird die offenkettige Form der Penicilline, welche durch Hydrolyse primär gebildet wird, vom Antikörper mit höherer Affinität gebunden als die Ausgangsverbindung und lässt sich somit empfindlicher detektieren.
Um von dieser Eigenschaft des Antikörpers zu profitieren und die bestmögliche Analyse zu ermöglichen, wurden die Penicilline durch Hydrolyse in die jeweilige offenkettige Form überführt. Dadurch konnten die Nachweisgrenzen für die einzelnen Analyten deutlich gesenkt werden. Die größte Veränderung ergab sich hierbei für die Penicilline G und V, die bei Hydrolyse die jeweilige offenkettige Form ohne Nebenprodukte bilden. Die Aminopenicilline Amoxicillin und Ampicillin bilden jeweils ein Nebenprodukt, zu dem der Antikörper eine verringerte Affinität aufweist, sodass die Nachweisgrenze insgesamt in geringerem Ausmaß verbessert wurde. Für Carbenicillin ergab sich von allen getesteten Penicillinen mit 0.2 nmol/L die niedrigste Nachweisgrenze.
Zusätzlich zur Bestimmung der Ausgangskonzentration des ß-Lactams kann auch dessen Hydrolysegrad in der Probe durch eine zusätzliche Messung ohne Hydrolyse und Vergleich der beiden Ergebnisse (mit und ohne Hydrolyse) abgeschätzt werden. Dies wurde anhand von gespikten Proben mit dem am häufigsten eingesetzten ß-Lactam-Antibiotikum Amoxicillin gezeigt.
Pitfalls in the Immunochemical Determination of β-Lactam Antibiotics in Water
Alexander Ecke and Rudolf J. Schneider
veröffentlicht in Antibiotics, Vol. 10, Issue 3, S. 298 ff., 2021
BAM, Fachbereich Umweltanalytik