Aptamerbasiertes Multisensorsystem zur Pathogenbestimmung
Im Rahmen der Internationalen WasserforschungsAllianz Sachsen (www.iwas-sachsen.ufz.de) wird zum Querschnittsthema 2 „Technology Development and Implementation“ das Forschungsrojekt mit dem Titel: „Aptamerbasiertes Multisensorsystem zur Pathogenbestimmung“ bearbeitet. Beteiligt sind das Umwelt- und Biotechnologische Zentrum (UBZ) des Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung (UFZ), das Institut für Lebensmittel- und Bioverfahrenstechnik der TU Dresden sowie das Fraunhofer IWS Dresden.
Allgemeine Ziele: Die schnelle, einfache und kostengünstige Detektion von pathogenen Substanzen im Trink- und Abwasser ist weltweit und insbesondere in wasserarmen Regionen unter dem Aspekt der Wiederverwendung von Abwasser eine ungelöste Fragestellung. Derzeit verfügbare Methoden sind zeitaufwändig (Bestimmung dauert in der Regel mehrere Tage) und teuer. Das im Projekt zu entwickelnde Multisensorsystem auf der Basis von DNA-Aptameren in Kombination mit der biomagnetischen Separation soll die Vor-Ort-Bestimmung pathogener Substanzen ermöglichen. Am UFZ Leipzig werden DNA-Aptamere entwickelt, die in einer Bindungsreaktion spezifisch ihr Zielmolekül, die pathogene Substanz, erkennen. Das Signal dieser Bindung wird in Zusammenarbeit mit dem Fraunhofer IWS Dresden in einem, auf dem Prinzip der Surface Plasmon Resonance (SPR) basierenden Sensorsystem in ein quantitatives Messsignal umgesetzt. Die Anordnung verschiedener DNA-Aptamere auf dem Chip des Sensorsystems ermöglicht perspektivisch die parallele Messung verschiedener Analyte in einem Array. Die entwickelten DNA-Aptamere sollen weiterhin zur Anreicherung von gering konzentrierten Proben genutzt werden. Dazu werden die DNA-Aptamere an Magnetbeads gekoppelt. Diese Arbeiten zur biomagnetischen Separation laufen an der TU Dresden.
Ergebnisse IWAS I:
Nach der Auswahl relevanter Pathogene, die in Wässern vorkommen und gesundheitlich bedenklich sind sowie strukturell für die DNA-Aptamerselektion geeignet sind, erfolgte am UFZ Leipzig die Aptamer-Selektion mittels FluMag-SELEX und Cell-SELEX. Targets in den SELEX-Prozessen waren entweder ganze Zellen (Escherichia coli, Salmonella typhimurium, Listeria monocytogenes) oder bestimmte Oberflächenstrukturen von Pathogenen (Flagellin als Baustein der Flagellen von Salmonella spp., Lipopolysaccharide als Zellwandbestandteile von E. coli und Salmonella typhimurium, Protein A als Oberflächenstruktur von Staphylococcus aureus). Für Protein A wurde ein Aptamer-Pool selektiert. Parallel erfolgte im Fraunhofer IWS die Adaption eines SPR-Handmessgerätes, in dem die Aptamere als Rezeptormoleküle eingesetzt werden können, und an der TU Dresden die Konzeption einer biomagnetischen Separationsmethode zur Probenanreicherung.
IWAS II:
In der zweiten Projektphase werden am UFZ Leipzig die Aptamer-Selektionen weitergeführt. Nach erfolgreicher Selektion von DNA-Aptamer-Pools werden diese mittels Klonierung vereinzelt, die Sequenzen bestimmt und charakterisiert sowie für die Anwendung optimiert. An der TU Dresden erfolgt die Erarbeitung des Messprotokolls mit Messbedingungen und Ergebnisauswertung für die biomagnetische Separation. Am Fraunhofer IWS Dresden wird der Prototyp des SPR-Messgerätes weiter modifiziert. Das Etablieren von Methoden zur Aptamer-Immobilisierung im Zuge der Chip-Modifizierungen erfolgt in Zusammenarbeit aller Partner (UFZ – TUD – Fraunhofer IWS). Abschließend erfolgen erste Messungen von Realproben und eine Vor-Ort-Testung des Systems.
Projektfinanzierung:
Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF)
Projektlaufzeit:
01.01.2011 - 31.12.2012
Kontakt:
Lenk, Boschke