Bionanoporen-Analysator
Das Teilprojekt Bionanoporen-Analysator strebt die Entwicklung einer neuartigen Plattform zur Analyse epigenetischer Mechanismen an, die einen entscheidenden Beitrag zur medizinischen Diagnostik und Prognostik der Zukunft leisten wird. Hierzu führt der Cluster Grundlagenforschung im Bereich Biophysik, Elektrophysiologie, Epigenetik, Strukturbiologie, Bioinformatik und Künstlicher Intelligenz (KI) mit innovativer Mikroelektronik, Mikrofluidik und bioanalytischer Probenvorbereitung im Anwendungsfokus der Analyse von Proteinmodifikationen, insbesondere für die epigenetische Tumortherapie, zusammen. Grundlage hierfür ist die Einzelmolekülanalytik mit Bionanoporen und hier insbesondere die aktuell von uns bereits gezeigte Unterscheidung epigenetischer posttranslationaler Proteinmodifikationen mit biologischen Nanoporen (Abbildung unten). Die Vorteile gegenüber bisher verfügbaren analytischen Methoden, wie der Massenspektrometrie, liegen im verringerten apparativen und informationellen Aufwand, der Fähigkeit zur direkten Unterscheidung von Positionsisomeren und – im Vergleich zu Antikörper-basierten Methoden – einer deutlich besseren Spezifität. Vor allem aber erlaubt diese Technologie bei entsprechender System- und Prozessintegration dezentrale Anwendungen, z.B. für den „point-of-care“ (POC), ohne den Einsatz spezialisierten Personals.
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 resultierenden Strom-blockaden geben Aufschluss über die 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.
