Projekt 1 – Bionanoporen-Analysator
Nanodiag BW will einen entscheidenden Beitrag leisten zur medizinischen Diagnostik und Prognostik der nahen Zukunft. Das Projekt P1 – Bionanoporen-Analysator – entwickelt hierfür eine innovative Plattform zur Analyse epigenetischer Modifikation von Proteinen.
Hierzu führt der Cluster Grundlagenforschung im Bereich Biophysik, Elektrophysiologie, Epigenetik, Strukturbiologie, Bioinformatik und Künstlicher Intelligenz (KI) mit innovativer Mikroelektronik, Mikrofluidik und bioanalytischer Probenvorbereitung zusammen. Insbesondere die Analyse von Proteinmodifikationen steht dabei im Fokus, was etwa für die epigenetische Tumortherapie von entscheidender Bedeutung ist.
Grundlage hierfür ist die Einzelmolekülanalytik mit Bionanoporen. Die Möglichkeit der Unterscheidung epigenetischer posttranslationaler Proteinmodifikationen mit biologischen Nanoporen wurde von uns bereits gezeigt. 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“.
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.
