Bionanoporen-Analysator
Projektleitung
- Jan C. Behrends
- Universität Freiburg
Projekt P1
Nanodiag BW will einen entscheidenden Beitrag leisten zur medizinischen Diagnostik und Prognostik der nahen Zukunft. Das Projekt P1 – Bionanoporen-Analysator – entwickelt hierfür eine neuartige Plattform zur Analyse epigenetischer Mechanismen.
Bionanoporen-Analysator
Der Cluster betreibt Grundlagenforschung in vielen Bereichen: Biophysik, Elektrophysiologie, Epigenetik, Strukturbiologie, Bioinformatik und Künstliche Intelligenz (KI) mit innovativer Mikroelektronik. Auch Mikrofluidik gehört ins Portfolio, genauso wie die bioanalytische Probenvorbereitung. Hier steht insbesondere die Analyse von Proteinmodifikationen im Fokus, die etwa für die epigenetische Tumortherapie entscheidende Bedeutung hat.
Einzelmolekülanalytik mit Bionanoporen
Grundlage hierfür ist die Einzelmolekülanalytik mit Bionanoporen. Die Möglichkeit der Unterscheidung epigenetischer posttranslationaler Proteinmodifikationen mit biologischen Nanoporen wurde von uns bereits gezeigt (Link zum Paper). Die Vorteile gegenüber bisher verfügbaren analytischen Methoden wie der Massenspektrometrie sind offensichtlich: Der apparative und informationelle Aufwand ist geringer. Positions-Isomere – also chemische Verbindungen, die bei identischer Summenformel einen unterschiedlichen Aufbau haben – lassen sich präzise unterscheiden. Auch die Spezifität – einfach ausgedrückt die Zuverlässigkeit der Testergebnisse – ist im Vergleich zu Antikörper-basierten Methoden deutlich besser. Vor allem aber verspricht diese Technologie einfache und niederschwellige Anwendungsmöglichkeiten auch ohne den Einsatz spezialisierten Personals, direkt am „point of care“.
Charakterisierung von Proteinen
Die Bionanoporentechnologie basiert auf der Messung kleinster ionischer Ströme (10-12 A) durch einzelne Proteinporen in elektrisch isolierenden Membranen. Beim Eintritt in die Pore blockieren Biomoleküle – z.B. DNA oder Peptide – diesen Strom teilweise. Die dabei messbaren Schwankungen im Stromfluss geben Aufschluss über Art, Sequenz oder Modifikation dieser Biomoleküle. Bislang ist nur die Anwendung zur Detektion und Sequenzierung von DNA und RNA kommerziell realisiert (Oxford Nanopore). Die in diesem Teilprojekt angestrebte Charakterisierung von Proteinen bis hin zur direkten Sequenzierung ist die nächste große Herausforderung für die Anwendung dieser Technologie.
Projektleitung
Prof. Dr. Jan C. Behrends
Stellv. Clustersprecher
Physiologisches Institut, Uni Freiburg
