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Medizin:Diagnose von Doktor Ratte

Tuberkulose-Ratten

Die Patienten kommen nicht mit den Tieren in Kontakt. Die Mitarbeiter aber müssen die Ratten über mehrere Monate intensiv trainieren.

(Foto: Björn Rohwer)

Eigentlich bekannt als Krankheitsüberträger, bessern einige Nager in Tansania gerade ihr Image auf: Hier sollen Ratten Tuberkulose erschnüffeln - und das schnell, billig und genau.

Von Astrid Benölken, Hannah Lesch, Björn Rohwer und Tobias Zuttmann

In einer Testkammer aus Glas und Aluminium läuft die braun gefärbte Ratte mit kleinen schwarzen Knopfaugen trippelnd die gewohnte Route ab. Sie beginnt immer am Anfang des langen Kastens mit der Arbeit und schnuppert dann an jedem der zehn Löcher, die sich nach und nach im Boden öffnen. Es handelt sich um eine Riesenhamsterratte, die ihrem Namen alle Ehre macht. Sie ist ungefähr so schwer wie ein Kaninchen und kann von der Nasenspitze bis zum Ende des kahlen Schwanzes 90 Zentimeter lang werden.

In das Loch, bei dem die Ratte den Geruch von Tuberkulose (TB) wittert, hält sie ihre Schnauze länger als in die anderen Löcher: für gut drei Sekunden. Einige der Patientenproben in den Löchern sind zu Kontrollzwecken bereits als TB-positiv bekannt. Erkennt die Ratte diese, dann fällt am Ende des Käfigs automatisch ein Leckerli für sie aus der Wand. Eilig sammelt sie das trockene Pellet ein und macht sich danach auf den Weg zum nächsten Loch.

Diesen Prozess kann man auf der Website der Non-Profit-Organisation Apopo in diversen Videos beobachten. Anfangs wurden die Löcher in den Kammern noch von Laboranten nach und nach geöffnet, beim neuesten Modell läuft alles automatisch ab. Innerhalb der letzten Jahre hat die Organisation die Arbeit mit den Ratten stetig professionalisiert - und damit die Erkennung von Tuberkulose durch die Nager immer effizienter gemacht.

Die Riesenhamsterratte kann hervorragend riechen und ist gut an ihr Umfeld angepasst

Jährlich gibt es laut Weltgesundheitsorganisation WHO etwa zehn Millionen TB-Erkrankungen und 1,5 Millionen Todesfälle durch die Krankheit. Das macht Tuberkulose zur weltweit tödlichsten Infektionserkrankung. Die Übertragung findet über die Luft statt, vor allem über Aerosole.

Meist befällt die Erkrankung die Lunge. Wenn die Tuberkulose nicht erkannt wird, kann sie tödlich enden. Zur Therapie wird eine Kombination aus vier antibiotisch wirksamen Stoffen eingesetzt, sie dauert mindestens sechs Monate. Doch schon nach einigen Wochen Behandlung geben Patienten die TB-Bakterien nicht mehr weiter. Daher ist die rechtzeitige Diagnose und Behandlung die wichtigste Maßnahme im Kampf gegen TB.

Zu den stark betroffenen Ländern gehört Tansania. 2019 wurden dort mehr als 80 000 TB-Erkrankungen registriert. Tatsächlich dürften sich sehr viel mehr Menschen infiziert haben. Denn nach Schätzung der WHO werden in Tansania nur 59 Prozent der TB-Fälle diagnostiziert und behandelt. Weltweit liegt dieser Wert bei 71 Prozent.

Diese Lücke in der Diagnostik versucht die Organisation Apopo mit ihren Ratten zu verkleinern. Seit mehr als 20 Jahren trainiert die belgische Organisation die großen Nager in ihrem Forschungs- und Trainingszentrum in enger Zusammenarbeit mit der Sokoine University of Agriculture im Osten Tansanias. Die Riesenhamsterratte hat einen hervorragenden Geruchssinn und ist gut an die Umweltbedingungen in Ostafrika angepasst. Außerdem qualifiziert sie sich durch ihre ruhige Art. Die großen Ratten sind leicht zu zähmen und lassen sich einfach züchten und halten. Zunächst wurden sie auf Sprengstoff sensibilisiert, um Minen zu entdecken. Anfang der 2000er lernten die Tiere durch spezielles Training, auch Tuberkuloseerkrankungen zu erriechen.

Inzwischen sind die Ratten an verschiedenen Standorten zu Forschungszwecken im Einsatz und haben mehr als 680 000 Patientenproben in Tansania, Mosambik und Äthiopien untersucht. Dabei haben sie mehr als 18 300 zusätzliche TB-Erkrankungen entdeckt, die durch Standardtests bestätigt wurden. Durch die zusätzlichen Diagnosen und Behandlungen könnten Schätzungen zufolge bis zu 150 000 weitere Infektionen verhindert werden. Seit 2007 unterstützt Apopo Krankenhäuser in Tansania, inzwischen arbeitet die Organisation dort mit 74 Kliniken zusammen.

Tuberkulose-Ratten

Eine Ratte bei der Arbeit: Das Nagetier schnüffelt an einer Probe, die unter der Abdeckung verborgen ist.

(Foto: Apopo)

Für die Einwohner hat sich die Untersuchung dadurch nicht verändert. Potenziell Erkrankte geben im Krankenhaus eine Sputum-Probe ab - das ist zähflüssiger Schleim, den sie aus der Lunge aufhusten müssen. Das Sputum wird anschließend im Labor des Krankenhauses unter dem Mikroskop untersucht. "Wir holen die Sputum-Proben nach der Routinediagnostik vor Ort aus unseren Partnerkliniken ab, inaktivieren die Proben durch Hitze, sodass kein Infektionsrisiko für Tier und Mensch besteht, und lassen die Ratten über die Proben laufen", erklärt Lena Fiebig. Die Deutsche leitet seit 2017 die Tuberkuloseabteilung von Apopo in Tansania.

Von den Ratten erkannte Proben werden im Anschluss von Apopo in eigenen Laboren mit zugelassenen Testverfahren genauer untersucht, um ein finales Ergebnis zu erhalten. Mit Hilfe der Ratten wurden 2019 in Tansania 1541 zusätzliche TB-Patienten entdeckt, neben 3648 Fällen, die zuvor bereits von den Partnerkliniken gefunden wurden. Das bedeutet, dass rund 40 Prozent mehr Fälle erkannt wurden. Zudem sind die Ratten schnell. In nur 20 Minuten kann ein Nager 100 Proben untersuchen. Mit dem Mikroskop würde ein Laborant vier Tage hierfür brauchen.

"Wir können unsere Diagnostik mit Ratten und die Bestätigungstests binnen 24 Stunden durchführen. Der Transport kann durch Motorradkuriere mit Kühlboxen am schnellsten erledigt werden. Bei längeren Strecken nutzen wir Langstreckenbusse", berichtet Fiebig.

Erst nach der bestandenen Abschlussprüfung beginnen die Tiere mit ihrer Arbeit

Die ersten neun bis zwölf Monate ihres Lebens verbringen die zukünftigen Diagnose-Ratten mit dem Training. Dabei wird ihnen nach und nach beigebracht, wie die Sputum-Proben riechen können und dass nur das Erkennen von Tuberkulose-positiven Proben zu einer Belohnung, wie zum Beispiel Bananenbrei, führt.

Fiebig erklärt: "Unsere Ratten lernen durch Wiederholung, indem wir sie an vielen Hunderten Proben von Patienten trainieren, aus denen sie ein 'Geruchsbild' generieren. Das ist ähnlich wie bei Menschen, die, einmal erlernt, Kaffee am Geruch erkennen - unabhängig davon, wie er geröstet ist oder woher die Bohnen stammen." Bestehen die Ratten nach dem Training ihre Abschlussprüfung, dürfen sie mit der Arbeit beginnen. In den wenigen Fällen, in denen das nicht gelingt, übernehmen Ratten andere Aufgaben oder gehen sozusagen in Frührente und werden von der Organisation bis zum natürlichen Lebensende versorgt. Meist arbeiten die Diagnose-Ratten sieben bis acht Jahre.

"Das Trainieren von Ratten zur Tuberkuloseerkennung ist einzigartig, aber auch unabhängig davon ist die Nutzung von Gerüchen als Biomarker interessant", sagt Fiebig. In Zusammenarbeit mit der Technischen Universität in Braunschweig und dem Max-Planck-Institut für Infektionsbiologie in Berlin hat Apopo-Forscher Georgies Mgode untersucht, welche Moleküle dafür verantwortlich sein könnten, dass Ratten TB am Geruch der Proben erkennen können. "Es ist nicht ein einziges Molekül, sondern ein Bouquet von flüchtigen organischen Stoffen, die den Geruch von Tuberkulose ausmachen. Weitere Erkenntnisse auf diesem Gebiet können auch für die zukünftige Entwicklung von Schnelltests hilfreich sein", so Lena Fiebig.

Auch in Deutschland ist TB noch eine relevante Erkrankung, sagt Florian Maurer, Leiter des Referenzzentrums für Tuberkulose in Borstel: "Wir haben ungefähr 5000 neue TB-Erkrankungen pro Jahr."

Doch in der Bundesrepublik sieht Experte Maurer erst mal keine Einsatzmöglichkeit für die auf Tuberkulose geschulten Ratten. "Bei uns sind es vergleichsweise wenige Patienten, und wir haben Zugang zu modernen molekularbiologischen Verfahren. Damit versuchen wir, direkt aus Patientenmaterial auch Resistenzen möglichst umfassend vorherzusagen." Maurer beschäftigt im Labor besonders dieses größer werdende Problem in Deutschland: "Wir sehen einen Anstieg von resistenten, schwer zu therapierenden Tuberkulosen, die man mit Antibiotika nur noch sehr schwer in den Griff bekommt."

Auf die Erkennung von Resistenzen werden die Ratten in Tansania aktuell nicht trainiert. Dies liegt laut Fiebig auch daran, dass in Tansania resistente Tuberkulose vergleichsweise selten vorkommt, und daher nur sehr wenige Proben für solch ein Training zur Verfügung stünden.

Als besonders sinnvoll schätzt Experte Maurer den Einsatz der Rattennasen als schnellen Screening-Test ein. "Nutzt man die Ratten für eine Voruntersuchung, kann man im Anschluss die Ressourcen auf entscheidende Proben konzentrieren", sagt Maurer. Auch weil in ressourcenschwachen Ländern häufig die Logistik eine große Herausforderung sei, sieht er für lokal durchführbare tierbasierte Diagnostik besonders dort Potenzial.

Vielleicht können also zukünftig Ratten, die sonst eher für die Verbreitung von Krankheiten bekannt sind, ihr Image aufpolieren.

© SZ
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