Publikationsrepositorium - Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf

Bakterielle Hüllproteine stellen die äußerste Abgrenzung von vielen Bakterien und fast allen Archaeen zu ihrer Umwelt dar. Isoliert sind diese Proteine in der Lage, in wässrigen Systemen oder auf Oberflächen zu rekristallisieren und regelmäßige Gitterstrukturen auszubilden. Ihre Fähigkeit hochstrukturierte Nanoschichten zu bilden und das Vorhandensein von zahlreichen frei zugänglichen funktionellen Gruppen qualifizieren diese Proteine als Matrix für die Herstellung nanoskaliger funktioneller Schichten, wie z. B. sensorischen Schichten. Ziel unserer Arbeit ist die Entwicklung von Sensoren für die Detektion kleinster Mengen an Pharmaka, z. B. Canamycin A und von Metallen in wässrigen Systemen.

Dabei ist es möglich, verschiedene Komponenten wie optische Signalgeber und einen spezifischen Rezeptor für bestimmte Substanzen, sequentiell an das Protein zu koppeln. Für die Signalgebung werden Fluoreszenzfarbstoffe genutzt, die in der Lage sind, einen Fluoreszenz Resonanz Energietransfer (FRET) zu erzeugen. Bei diesem Effekt wird Energie von einem Donor-Farbstoff auf einen Akzeptor-Farbstoff übertragen. Im Resultat wird die Fluoreszenz des Donors vermindert und die des Akzeptors erhöht. Da dieser Energietransfer sehr empfindlich auf äußere Veränderungen reagiert, soll der zu detektierende Analyt diesen durch Quenching stören.
Als spezifische Rezeptoren dienen Aptamere. Aptamere sind kurze Oligonukleotide, die ähnlich wie Antikörper nach dem Schlüssel-Schloss-Prinzip funktionieren, jedoch aufgrund ihrer chemischen Eigenschaften weitaus stabiler sind. Mittels dieser chemischen Antikörper lassen sich eine Vielzahl verschiedener Targetmoleküle spezifisch an die sensorische Schicht binden.

Die Erzeugung eines FRET zwischen zwei S-Layer-gebundenen Fluoreszenzfarbstoffen konnte bereits mittels Bestimmung der Fluoreszenzlebensdauer nachgewiesen werden. Ebenso konnten Anti-Thrombin-Aptamere als Modell erfolgreich gebunden werden und deren Funktionalität mittels Affinitätsmessungen nachgewiesen werden. Somit wurden bereits wichtige Zwischenziele für den Aufbau einer sensorischen Schicht erreicht. In einem nächsten Schritt sollen beide Komponenten auf dem Protein gekoppelt werden und so eine nanoskalige sensorische Schicht erzeugt werden.