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Yana Bulkotina im Analytiklabor ihres Studiengangs „Medizintechnik“ auf dem Campus der Fakultät für Technik. 

Studenten aus Pforzheim machen Virenlast mit Simulationsprogramm sichtbar

Pforzheim. Es klingt kompliziert, ist aber von enormem praktischen Nutzen. Die Polymerase-Kettenreaktion (PCR) ist eine Methode, um Erbsubstanz (DNA) außerhalb des lebenden Organismus zu vervielfältigen. Die quantitative Echtzeit-PCR (qPCR) wiederum ist ein Verfahren, das über diese Vervielfältigung hinaus auch die Quantifizierung von DNA ermöglicht.

Mit dieser Methode lässt sich das Vorkommen einer bestimmten Gensequenz in einer Probe messen, und sie wird deshalb auch diagnostisch genutzt, um beispielsweise eine Infektion mit dem SARS-CoV-2-Virus nachzuweisen. Um diese Methode nicht nur nachvollziehbar, sondern auch optisch sichtbar werden zu lassen, haben zwei Studierende des Bachelorstudiengangs „Medizintechnik“ der Hochschule Pforzheim nun ein entsprechendes Simulationsprogramm entwickelt.

Im Rahmen ihrer Projektarbeit „Simulierte Zunahme der DNA in einer qPCR“ haben Yana Bulkotina und Dominik Wurster die grafische Darstellung synthetisierter DNA-Moleküle in einer quantitativen PCR realisiert: „Wir wollten ein einfaches Werkzeug schaffen, das die DNA-Zunahme aufzeigt und den dahinterliegenden Prozess leicht verständlich macht.“

Von diesem Ergebnis, so Betreuer Tobias Preckel, werden auch nachfolgende Studierendengenerationen der Pforzheimer Fakultät für Technik noch profitieren: „Ich werde das Programm zukünftig in der Vorlesung als Demonstrator nutzen. Entstanden ist hier ein hilfreiches Werkzeug zur Vermittlung der Funktionsweise einer zentralen diagnostischen Methode, die in vielen Laboren weltweit genutzt wird.“ Vor allem aktuell sei es außerdem ein interessanter Aspekt, dass das Programm auch genutzt werden könne, um COVID-19-Testergebnisse bei unterschiedlicher Viruslast des Patienten zu simulieren.

Im Rahmen der quantitativen PCR-Methode wird DNA zusammen mit Vermehrungs-Enzymen und -Bausteinen in ein Reaktionsgefäß gegeben. Dieser Molekül-Mix wird in einem Thermocycler, einem Gerät, das automatisch die Temperatur verändern kann, sowohl erhitzt als auch abgekühlt. Zum Aufspüren der entstandenen synthetischen DNA wird der Thermocycler mit einem Spektrometer verbunden, und die Moleküle werdenoptisch mittels Fluoreszenz nachgewiesen: Das ausgelesene Signal wird am Computer als Kurve angezeigt. Dabei ist besonders der sogenannte CT-Wert interessant. „Der CT-Wert bezeichnet die Zahl der Zyklen, die eine PCR gelaufen ist, bevor die Fluoreszenz nachweisbar wird. Ein hoher Ct-Wert steht für eine geringe Zahl an Viren im Ausgangsmaterial der PCR“, so Preckel.

Seit dem Jahr 2019 gibt es das Analytiklabor auf dem Campus: Auf 123 Quadratmetern macht es biochemische Analytik und molekulare Diagnostik erleb- und begreifbar.