Nützliche Proteinhülle für neuartige Biosensoren

Proteine sind Alleskönner. Sie bestehen aus vielen einzelnen Eiweißbausteinen und arbeiten wie kleine Maschinen, indem sie Substanzen in menschlichen oder tierischen Zellen transportieren, für den Ablauf chemischer Reaktionen sorgen oder Botenstoffe erkennen. Manch ein Protein schützt eine Zelle auch vor Giftstoffen, indem es diese festhält. Biologen im Forschungszentrum Dresden-Rossendorf (FZD) nutzen genau diese Eigenschaft für technologische Anwendungen.

Pressemeldung vom 07.04.2009: Nützliche Proteinhülle für neuartige Biosensoren, Forschungszentrum Dresden-Rossendorf, FZD, Dr. Katrin Pollman, BIONA - Bionische Innovationen für nachhaltige Produkte

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Pressemeldung vom 07.04.2009: Nützliche Proteinhülle für neuartige Biosensoren, Forschungszentrum Dresden-Rossendorf, FZD, Bild: Tobias Günther, BIONA - Bionische Innovationen für nachhaltige Produkte

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Bildlegende:

Mit der nur wenige Nanometer breiten Spitze eines Rasterkraft-Mikroskops kann man eine Oberfläche auf atomarer Ebene untersuchen oder sie bearbeiten, was hier gemacht wurde. Die unterschiedlichen Farben markieren unterschiedliche Höhen. Die Proteinschicht auf einem beschichteten Silizium-Wafer hat eine Dicke von ca. 10 Nanometern. Mit der Spitze des Rasterkraft-Mikroskops wurde nach der Beschichtung in die bakterielle Proteinschicht das Bild eingekratzt (Tiefe der Schrift ca. 10 Nanometer).
Bild: Tobias Günther, FZD

Wissenschaftler am Forschungszentrum Dresden-Rossendorf entdeckten vor einigen Jahren ein Bakterium, das sich mit einer Proteinschicht umgibt, um sich so vor dem Eindringen von giftigen Schwermetallen zu schützen. Mit dieser Proteinhülle kann das Bakterium in der lebensfeindlichen Umgebung einer Uranerz-Halde überleben. Die genauere Untersuchung der Schicht ergab, dass die einzelnen Proteine in der Hülle äußerst regelmäßig auf der Nanometerskala (1 Nanometer = 1 Millionstel Millimeter) angeordnet sind. Was lag näher, als sich über die technologische Nutzung der natürlichen Nano-Strukturen Gedanken zu machen. Mittlerweile befasst sich die Nachwuchsgruppe „NanoBio“ um Frau Dr. Katrin Pollmann im FZD mit unterschiedlichsten Einsatzmöglichkeiten für die bakteriellen Hüllproteine.

Ein Einsatzgebiet könnte beispielsweise die Wasseraufbereitung und -klärung sein. So stellen Arzneimittel-Rückstände in Wässern eine große Herausforderung mit zum Teil noch unabsehbaren Folgen dar, da sie heute gar nicht oder nur mit sehr aufwändigen und teuren Verfahren entfernt werden können. Für diese Aufgabe könnten die bakteriellen Proteine als Schicht in neuartigen Biosensoren zum Einsatz kommen. Mit solchen Biosensoren könnte in Zukunft die Verunreinigung von Trinkwasser durch Arzneimittel-Rückstände sicher und effektiv nachgewiesen werden. Die Forschergruppe um Dr. Pollmann arbeitet hier eng mit dem Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung (UFZ) Leipzig(3), mit der Universität Rostock und der Firma proaqua GmbH & Co. KG Mainz zusammen. Die Leipziger Forscher wollen Aptamere – das sind kurze Nukleinsäuren ähnlich den Bausteinen, aus denen die DNA aufgebaut ist – entwickeln, die die gesuchten Moleküle gezielt erkennen und binden können. Diese Aptamere bilden den wesentlichen Bestandteil der neuen Biosensoren, doch müssen sie geordnet und in wohldefinierten Abständen im Nanometer-Bereich auf dem Biosensor aufgebracht werden. Die hierfür benötigte Trägerschicht muss zudem in der Lage sein, mit den Aptameren eine aktive Schicht auf der Oberfläche von Biosensoren zu bilden. Bakterielle Hüllproteine, wie sie im Forschungszentrum Dresden-Rossendorf erforscht werden, bieten sich hierfür ideal an.

Die gemeinsamen Arbeiten werden seit kurzem durch das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) im Programm „BIONA – Bionische Innovationen für nachhaltige Produkte“ gefördert. An dem aktuell bewilligten Verbund-Projekt mit einem Gesamtvolumen von 1,2 Millionen Euro sind die Rossendorfer Nachwuchsgruppe „NanoBio“, das Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung (UFZ) Leipzig, die Universität Rostock und die proaqua GmbH & Co. KG Mainz beteiligt.

Weitere Informationen:
Dr. Katrin Pollmann(4)
Forschungszentrum Dresden-Rossendorf
Institut für Radiochemie
Tel.: 0351 260 - 2946

Pressekontakt im FZD:
Dr. Christine Bohnet(5)
Tel.: 0351 260 - 2450 oder 0160 969 288 56
Fax: 0351 260 - 2700


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