Der Guthrie-Test, auch PKU-Test genannt, ist ein diagnostisches Instrument, um Säuglinge einige Tage nach der Geburt auf Phenylketonurie zu testen. Um den Guthrie-Test durchzuführen, verwenden Ärzte Guthrie-Karten, um Kapillarblut von der Ferse eines Säuglings zu sammeln, und die Karten werden für spätere Tests gespeichert. RobertGuthrie erfand den Test 1962 in Buffalo, New York. Phenylketonurie(PKU) ist eine angeborene Geburtsanomalie, bei der sich toxische Spiegel der Aminosäure Phenylalanin im Blut ansammeln, ein Prozess, der das Gehirn bei unbehandelten Säuglingen beeinflusst. Guthrie-Test erkennt Phenylalanin indas Blut von Neugeborenen, so dass für die Früherkennung von PKU. Frühdiagnosen von PKU verhindern die Entwicklung von geistigen Behinderungen bei Tausenden von Betroffenen pro Jahr.
PKU ist eine vererbte Stoffwechselerkrankung, bei der der Körper das Enzym nicht Produziertphenylalaninhydroxylase. Phenylalaninhydroxylase baut dieaminosäure Phenylalanin im Blut. Personen mit PKU können hohe Konzentrationen der Aminosäure Phenylalanin nicht verdauen. Hohe Konzentrationen von Phenylalanin sind in proteinreichen Lebensmitteln wie Fleisch und Fisch sowie im Süßstoff Aspartam enthalten. Wenn Einzelpersonen mit PKU das Phenylalanin in Lebensmitteln, die sie konsumieren, nicht verdauen, bilden sich hohe Phenylalaninspiegel im Blut, die Hirnschäden verursachen. Daher müssen Personen mit PKU streng esseneingeschränkte Diäten, um die Einnahme von Lebensmitteln mit hohen Konzentrationen Vonphenylalanin zu vermeiden. Unbehandelte PKU kann zu geistigen Behinderungen, Hirnschäden und Krampfanfällen führen. PKU betrifft jährlich etwa einen von 15.000 Menschen in den USA.
Vor der Schaffung des Guthrie-Tests, Ärztetestete Säuglinge auf PKU mit einem weniger zuverlässigen Eisenchlorid-Urintest.Der Eisenchlorid-Urintest ergab das Vorhandensein von Phenolen,einschließlich Phenylpyruvat, im Urin. Das Vorhandensein von Phenolphenylpyruvat im Urin zeigte an, dass das Individuum Phenylalanin nicht verdaute, da Phenylpyruvat ein Derivat von Phenylalanin ist.Um einen Eisenchlorid-Urintest durchzuführen, löste ein Arzt eine Urinprobe in einer Lösung aus Wasser, Ethanol und einigen Tropfen Eisenchlorid auf. Wenn Phenylpyruvat in der Probe vorhanden war, bildete es einen Komplex mit dem Eisenchlorid und erzeugte eine intensive blaugrüne Farbe, was darauf hinweist, dass der Patient PKU hatte. Die Ärzte stellten mehrere Probleme mit dem Eisenchlorid-Urintest fest, darunter, dass er kein positives Testergebnis mit Phenylalaninspiegeln unter 20 Milligramm pro 100 Milliliter ergab. Ein solcher Test hatte eine begrenzte Empfindlichkeit undpraktiker konnten bei Personen mit PKU leicht niedrigere Phenylalaninkonzentrationen übersehen. Infolgedessen mussten Ärzte Personen mit PKU diagnostizieren und behandeln, deren Urinproben niedrige Phenylalaninspiegel enthielten, was zu irreversiblen Hirnschäden führte. Viele Säuglinge, die mit dem Eisenchlorid-Urintest getestet wurden, konnten in den ersten sechs bis acht Wochen nach der Geburt nicht positiv auf PKU getestet werden.Es gibt jedoch Hinweise darauf, dass der Phenylalaninspiegel im Blutin den ersten Lebenstagen schnell ansteigt, was möglicherweise zuneurologischen Schäden während dieses Zeitraums führt. Aufgrund der Ungenauigkeit des Eisenchlorid-Urintests wurden viele Säuglinge mit PKU nicht diagnostiziertund entwickelten Symptome, die ihr ganzes Leben lang anhielten.
1957 bat der Arzt Robert Warner am Children’s Rehabilitation Center in Buffalo, New York, Guthrie, eine zuverlässigere und schnellere Methode zur Erkennung von PKU zu entwickeln als die damals verfügbare. Warner wusste von Guthrie’s PKU-Forschung durch ihre gemeinsame Zugehörigkeit zur bufFalo County National Association of Retarded Children in Buffalo. Er bat Guthrie, einen bequemeren Weg zu finden, um auf PKU zu testen, da zu der Zeit, um einen positiven Eisenchloridtest zu bestätigen, Ärzte fünfzig bis zwanzig Kubikzentimeter (cc) venöses Blut an eine Teststelle in Kalifornien schicken mussten, um jeden Patienten zu testen. Labortechniker am testingsite führten dann einen Bluttest durch, um das presenceof hohe Niveaus des phenylalanins im Blut zu bestätigen oder disconfirm. Guthrie entwickelte einige Tage nach der ersten Anfrage einen neuen Namen für Warner. Der von Guthried entwickelte Test verwendete einen bakteriellen Inhibitionstest zum Nachweis von Phenylalanin.
Bakterienhemmungstests sind Tests, bei denen Wissenschaftler Bakterien verwenden, um die Konzentration einer Substanz in einer Probe zu messen.β-2-Thienylalanin, eine Aminosäure, hemmt das Wachstum des Bakteriumsbacillus subtilis. Guthrie fand heraus, dass Phenylalanin, eine Chemikalie, die im Blut von Menschen mit PKU gefunden wurde, die Hemmung des Wachstums von B. subtilis durch β-2-Thienylalanin umkehrte. So, um eine PKU-Hemmung bakteriell durchzuführenassay, Guthrie beschichtete ein Gel, das zum Züchten von Bakterien mit beta-2-Thienylalanin verwendet wurde. Guthrie legte dann Blutproben, die auf dickem Filterpapier getrocknet waren, auf dieses Gel. Wenn die Blutprobe Enthieltphenylalanin, B. subtilis wuchs um die Blutprobe herum und zeigte an, dass der Patient PKU hatte. Wenn die Blutprobe nicht Enthieltphenylalanin, B. subtilis wuchs nicht um die Blutprobe herum,was darauf hinweist, dass der Patient keine PKU hatte. Guthrie stellte fest, dass ein einzelner Techniker an einem einzigen Tag eine bis 200 Blutproben testen konnte und dass für jeden Test nur ein Fingerstich Kapillarblut auf einer Filterpapierscheibe erforderlich war.
Nachdem Guthrie den Test entwickelt und Warner gezeigt hatte, testete er die Empfindlichkeit seines bakteriellen Hemmungstests mit normalen Blutproben, die mit Phenylalanin versetzt waren. Empfindlichkeit ist die Fähigkeit eines Tests, alle Fälle zu erkennen, in denen die Krankheit vorliegt.Guthrie fügte 2, 4, 8, 12 und 20 Milligramm L-Phenylalanin pro 100 Milligramm Blutserum zu normalen Blutproben hinzu, um die Phenylalaninspiegel bei Patienten mit PKU nachzuahmen. Er inkubierte diese getrockneten Blutproben mit dem zugesetzten L-Phenylalanin über Nacht auf den bakteriellen Inhibitionstests und stellte fest, dass Bakterien um die Papierscheiben gewachsen waren. Er stellte fest, dass das Bakterienwachstum in den Proben mit 12 und 20 Milligramm Phenylalanin pro 100 Milligramm Serum zunahm, was bedeutet, dass diese Proben darauf hindeuteten, dass eine Person möglicherweise PKU hatte und weiteren Bluttests unterzogen werden sollte.
Nach Auswertung seines Tests im Labor verglich Guthrie die Ergebnisse seines Tests und des Eisenchlorid-Urintests an 3.118 Proben der Newark State School inNewark, New York. Dann bestätigte Guthrie alle positiven Fälle, die durch den Guthrie-Test und den Eisenchlorid-Urintest mit einem quantitativen Bluttest bestimmt wurden. Er verglich die Ergebnisse des Guthrie-Tests mit den Ergebnissen des Eisenchlorid-Urintests und ihren Empfindlichkeiten für die genaue Erkennung der Krankheit. Guthrie fand heraus, dass sein Test einundzwanzigpositive Fälle von PKU nachwies, die auch durch den quantitativen Blutassay bestätigt wurden, und der Eisenchlorid-Urintest nur siebzehn dieser Fälle nachwies, was bedeutet, dass der Eisenchlorid-Urintest vier Fälle von PKU nicht nachweisen konnte. Laut Guthrie deuten diese Daten darauf hin, dass sein Test verwendet werden könnte, um neue Fälle von PKU in Populationen zu erkennen, die bereits mit dem Eisenchlorid-Urintest untersucht wurden.
Guthrie verfeinerte dann seine Methode, indem er die Blutentnahme für Ärzte bequemer machte. Wenn Ärzte Patienten früher diagnostizierten, konnten Patienten implementiereneine proteinreduzierte Diät, bevor die Aminosäure Phenylalanin stieg auftoxische Spiegel im Blut und verursachte irreversible neurologische Schäden.Nach dem ersten Erfolg seines Tests modifizierte Guthrie seinen bakteriellen Hemmungstest so, dass Säuglinge einige Tage danach getestet werden konnten birth.To Guthrie bestimmt, ob eine kleine Sammlung Vonkapillarblut aus der Ferse eines Säuglings auf dem bakteriellen Hemmungstest arbeiten würde. Er machte Karten, später Guthrie-Karten genannt, die dicke Filterpapiere waren, jeweils mit einer Metallklinge, die die Haut eines Kindes durchbohrte und das resultierende Blut sammelte. Er ließ das Blut direkt trocknendie Karte und speicherte es zum Testen. Von der Karte lochte er dann um die Papierscheibe des Blutes, um später auf die Agar-Gelkultur gelegt zu werden. Guthrie fand heraus, dass der bakterielle Hemmungstest mit funktioniertinfants Fersenblut.
Nach Guthrie’s Entwicklung seines PKU-Tests begann die National Association of Retarded Citizens in New York City, New York, die Verwendung des Guthrie-Tests zu unterstützen und wählte zwei Schwestern aus, die PKU als ihre Aushängeschilder für eine 1961 Bemühung hatten, den Test zu veröffentlichen. Die ältere Schwester, Sheila McGrath, hatte mentalestörungen und wurde mit PKU später im Leben diagnostiziert. Die jüngere Schwester, Kammy McGrath, wurde durch den Guthrie-Test mit PKU diagnostiziert und früh in ihrem Leben behandelt, wodurch geistige Behinderungen vermieden wurden. Im Herbst 1961 veröffentlichte die National Association of Retarded Citizens den Guthrie-Test auf ihrer Pressekonferenz in San Francisco, Kalifornien, und das Life Magazine veröffentlichte im folgenden Jahr einen Artikel über Guthrie und seinen neugeborenen Bildschirm.
Ebenfalls 1961 finanzierte das US-Kinderbüro in Washington, DC, Guthrie, um den Guthrie-Test an 400.000 Säuglingen zu testen. Guthrie und sein Team testeten 404.568 Säuglinge mit dem Guthrie-Test und dem Eisenchlorid-Urintest auf PKU. Guthrie und sein teamdiagnostizierten in zwei Jahren siebenunddreißig Fälle von PKU. Der Test von Guthrie identifizierte 275 Säuglinge als mutmaßlich positiv für PKU, was bedeutet, dass sie wahrscheinlich PKU hatten. Von diesen 275 Säuglingen, die als positiv für PKU angenommen wurden, wurden siebenunddreißig Fälle von PKU bestätigt, indem der Guthrie-Test wiederholt und ein quantitativer Bluttest verwendet wurde, was bedeutet, dass der Test wirksam war.
1962 schloss Guthrie einen Vertrag mit der Ames Company in Elkhart, Indiana, einer Abteilung von Miles Laboratories, um Guthrie-Testkits für Krankenhäuser herzustellen und zu vermarkten. Ames Company hat jedoch festgelegt, dass sie nur einen Vertrag abschließen würden, wenn der Test ein Patent erhalten hätte. Guthrie reichte 1962 in seinem eigenen Namen ein Apatent für den Guthrie-Test ein. Anschließend unterzeichnete er eine exklusive Lizenzvereinbarung mit der Ames Company. Die Lizenzvereinbarung gewährte Guthrie keine Lizenzgebühren, was bedeutet, dass Guthrie mit den verkauften Testkits kein Geld verdienen würde. Fünf Prozent des Nettoerlöses aus dem Test wurden auf den National Association for Retarded CitizensResearch Fund, die Association for Aid of Crippled Children in New YorkCity, New York, und die University of Buffalo Foundation in Buffalo, New York, aufgeteilt. Guthrie legte nicht fest, zu welchem Preis die Kits im Vertrag verkauft werden sollten.
Nach der Vertragsunterzeichnung bemühte sich die Firma Ames, genügend Testkits herzustellen, um die Nachfrage zu befriedigen. Guthrie half bei der Herstellung der Testkits und erhielt finanzielle Unterstützung vom US Children’s Bureau, um Kits für die Durchführung von 500 Tests in einem gemieteten Haus in Buffalo, New York, herzustellen und zusammenzubauen. Guthrie’s Kits wurden für jeweils 6 US-Dollar verkauft. Im Jahr 1963 erfuhr Guthri, dass die Ames Company vorhatte, jeweils 262 US-Dollar für dasselbe PKUtest-Kit zu berechnen. Laut dem Biographen Jean Koch verlangte Guthrie den Preissenkungen. Guthrie fragte Russell B. Lange, ein US-Senator aus Louisiana,den Fall zu untersuchen, um zu sehen, ob die Ames Firma volle legalcontrol über den Preis der Testkits hatte.
Senator Long berichtete, dass der US Public Health Service, eine Abteilung des US-Gesundheitsministeriums mit Sitz in Washington, DC, Guthrie’s Vereinbarung mit der privaten Ames Company nicht genehmigt hatte. Zwei freiwillige Gesundheitsverbände und das Kinderkrankenhaus von Buffalo hatten die Vereinbarung jedoch unterstützt, sodass die Ames-Firma die volle Kontrolle über den Preis hatte. Nach Angaben der Forscherin Diane B. Paul, Guthrie bedauerte zutiefst, keine Preisbestimmung in den Vertrag aufgenommen zu haben. Ames Company veröffentlichte dann eine Erklärung, dass keine Kits für 262 US-Dollar verkauft wurden und dass Tausende von Dollar an Verfahren verwendet wurden, um die Kosten für den Bau von Fertigungseinrichtungen für die Guthrie-Testkits zu decken. Das Unternehmen verkaufte Testkits, diekönnte für 325 Säuglinge für jeweils 67,71 US-Dollar testen.
Nachdem Guthrie ein Unternehmen zur Herstellung seiner Tests gefunden hatte, bemühte er sich, Krankenhäuser zur Implementierung des Tests und medizinische Fachzeitschriften zur Veröffentlichung seiner Studienergebnisse zu bewegen. Guthrie und Eltern von Kindern mit PKU drängten den Gesetzgeber, in jedem Bundesstaat ein Neugeborenenscreening von PKU durchzuführen. Im Jahr 1963 beauftragte Massachusetts Newbornscreening für PKU. Das Jahr, Die Guthrie veröffentlichte einige seiner Ergebnisse in einer von Experten begutachteten Zeitschrift. Guthrie kämpfte dann in vielen Staaten und Ländern und hielt Reden und Vorträge auf Konferenzen, um die Regierungen zu ermutigen, den Guthrie-Test zu beauftragen. Bis 1966 war der Guthrie-Testobligatorisch in den meisten US-Bundesstaaten.
Nach den 1960er Jahren schenkten die Forscher der PKU mehr Aufmerksamkeit. Im Jahr 1990 kamen Wissenschaftler auf der ganzen Welt zusammendiskutieren Sie Fragen und Fortschritte in der Diagnose und Behandlung von PKU inParis, Frankreich. Später in diesem Jahr führte eine Gruppe von Forschern unter der Leitung von YoshiyukiOkano in Houston, Texas, eine Mutationsanalyse des PAH-Gens durch,das für die Produktion der Phenylalaninhydroxylase verantwortlich ist. Diese Forschergruppe erstellte auch eine Datenbank für Pahgenmutationen. Die PAH-Datenbank führte zur Dokumentation von mehr als 340 Genmutationen, die PKU verursachen können. Ebenfalls in den 1990er Jahren entwickelten US-amerikanische Forscherdonald Chase, David Millington, Naoto Terada, Stephen Kahler, CharlesRoe und Lindsay Hofman eine neue Technik zum Testen auf PKU mit Tandem-Massenspektrometrie. Wissenschaftler verwenden Tandem-Massenspektrometrie, um Ionen basierend auf ihrem Ladungs-zu-Masse-Verhältnis zu trennen, um PKU in Blutproben nachzuweisen. Tandem-Massenspektrometrie, wie der ursprüngliche Guthrie-Test, verwendetein Locher aus getrocknetem Blut. Es kann jedoch anhand einer Probe auf eine breitere Vielfalt angeborener Krankheiten untersucht werden.
Im einundzwanzigsten Jahrhundert forderten alle fünfzig US-Bundesstaaten Krankenhäuser auf, Neugeborene auf PKU zu testen, und der Guthrie-Test wurde an vielen Orten auf der ganzen Welt eingesetzt. Ärzte in wirtschaftlich entwickelten Gebieten verwendeten den Guthrie-Test zur Diagnoseingeborene mit PKU. Im einundzwanzigsten Jahrhundert verwendeten jedoch viele Krankenhaustandem-Massenspektrometrie, die nach einer größeren Vielfalt vonangeborene Krankheiten als der Guthrie-Test. Beide Methoden verwenden immer nochguthrie-Karten, um das getrocknete Blut von Säuglingen zum Testen aufzubewahren.