Selektiver, hoch empfindlicher und schneller Nachweis genomischer DNA mit gesteuerten Materialien am Beispiel von Mycoplasma

Abstract

In memoriam Enrique PØrez-PayµIn jüngster Zeit haben Fortschritte in der biomolekularen Chemie und Nanotechnologie zum Design von biologisch inspirierten Systemen mit innovativen, der Biologie entlehnten Funktionen geführt. Eine wichtige Fragestellung in diesem Gebiet ist die Entwicklung von neuen "intelligenten" Systemen, die auf der Kombination von nanoskopischen Strukturen mit einer Vielfalt an Biomolekülen beruhen, bisher unbekannte Funktionalitäten aufweisen und in Bereichen wie Bio-Engineering, Biosensorik, Bio-Nanotechnologie und Wirkstofffreisetzung neue Wege erçffnen.[1] In der Wirkstofffreisetzung hat die Entwicklung von Stimuli gesteuerten nanoskopischen Hybridmaterialien, die Biomoleküle als Verschlüsse tragen und eingeschlossene Gastmoleküle gezielt durch Anwendung eines äußeren Stimulus freisetzen kçnnen, große Aufmerksamkeit erlangt.[2-6] Diese Systeme bestehen aus einem Träger, der gewçhnlich das Reservoir darstellt, in dem bestimmte Substanzen eingelagert sind, und Molekülen oder molekular an diese Container angebundenen Objekten, die eine gesteuerte Freisetzung der eingeschlossenen Moleküle ermçglichen. Beide Komponenten kçnnen gezielt ausgewählt werden, sodass eine enorme Bandbreite an Kontrollmechanismen implementiert werden kann. Gekapselte Materialien wurden bislang meist für Anwendungen in der Wirkstofffreisetzung eingesetzt, [7] Beispiele aus dem Bereich der Sensorik sind wesentlich seltener.[8] Für die Sensorik sind die Trägersysteme in der Regel mit einem Indikator beladen, und der Verschlussmechanismus ist dergestalt, dass nur der Zielanalyt in der Lage ist, den Verschluss zu çffnen und die Ladung freizusetzen.Aus dem Bereich der Biomoleküle sind DNA-Sequenzen besonders attraktiv für das Design von gesteuerten Nanosensoren. [4,5] Aufbauend auf solch einem Ansatz sind etwa chromo-oder fluorogene Nanosensoren denkbar, bei denen der Träger mit einem Nukleinsäurestrang verschlossen ist und eine selektive Öffnung nur durch den komplementären Oligonukleotidstrang bewirkt werden kann, die dann zu einer Freisetzung der eingeschlossenen Farbstofffracht führt. Wir sind davon überzeugt, dass solch ein einfaches System zur Entwicklung sehr spezifischer und empfindlicher Sensorelemente für die einfache und schnelle Identifizierung genomischer DNA-Sequenzen führen kann.Als ersten Beweis für unsere Vermutung haben wir einen empfindlichen Nanosensor für den direkten und schnellen Nachweis von Mycoplasma entwickelt. Mycoplasma bezieht

Nanocontainers for Analytical Applications

“…[69] Thes ame principle was applied to several other analytes by simply using ad ifferent aptamer.T his also enabled, for example,t he detection of genomic DNAdown to 50 DNAcopies mL À1 ,which is similar to PCR-based approaches but enables afaster detection with less sources of error because of the omission of analyte amplification. [94] Besides the detection of biological molecules,t hese nanocontainers also enable the quantification of chemical substances.F or example,b isphenol A( BPA) was successfully detected down to 3.5 mm.T his is comparable to other setups based on aptamer recognition and sufficient to detect hazardous amounts of BPAi nw ater, but electrochemical sensors based on rGO electrodes have been reported to work down to nm levels. [93] Similar approaches have also been reported with capped gold nanocages.…”

Nanocontainer in der Analytik

“…8-mal niedrigeren LOD-Wert entspricht als mit einem kommerziell erhältlichen ELISA-Kit. [94] Abgesehen von der Detektion biologischer Moleküle ermçglichen diese Nanocontainer auch die Quantifizierung von chemischen Substanzen. Hierbei wurden nach Verdrängen der Polystyrolpartikel durch den Analyten eingeschlossene Glucosemoleküle freigesetzt.…”

“…[69] Das gleiche Prinzip wurde fürz ahlreiche andere Analyten genutzt, indem lediglich ein anderes Aptamer verwendet wurde.Dies ermçglichte beispielsweise die Detektion von genomischer DNAm it bis zu 50 DNA-Kopien mL À1 ,w as in einem ähnlichen Bereich liegt wie Polymerasekettenreaktionsansätze.A llerdings ermçglicht dieser Ansatz eine schnellere Detektion mit weniger Fehlerquellen infolge der fehlenden Amplifizierung des Analyten. [94] Abgesehen von der Detektion biologischer Moleküle ermçglichen diese Nanocontainer auch die Quantifizierung von chemischen Substanzen. Zum Beispiel wurde Bisphenol A(BPA) in einer Konzentration von bis zu 3.5 mm detektiert.…”