Proteine identifizieren mit neuen Mikrochip-Oberflächen

Mit Protein-Mikrochips lassen sich die Wechselwirkungen von Proteinen untersuchen. Sie können daher für die Früherkennung von Krankheiten eingesetzt werden. Am Fraunhofer-Institut für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik IGB in Stuttgart wurde ein neuartiger Chip mit einer Oberfläche aus Protein bindenden Nanopartikeln entwickelt. Mit ihm können Proteine direkt angereichert und massenspektrometrisch gemessen werden. Die Arbeit wurde beim 1. BMBF-Statusseminar “Neue effiziente Verfahren für die funktionelle Proteomanalyse” im Mai 2003 ausgezeichnet.

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Wie funktioniert Leben? In der Biologie ist dies heute die Frage nach dem Zusammenspiel der unzähligen Moleküle, aus denen alle Lebewesen bestehen. Werden beispielsweise die Wechselwirkungen von Proteinen gestört, kann dies die Ursache für Krankheiten sein. Für die Erforschung dieser Molekül-Wechselwirkungen werden heute zunehmend Biochips eingesetzt. Auf Plättchen aus Glas-, Silizium- oder Kunststoff sind Hunderte oder Tausende bekannter Fängermoleküle (Sonden) fixiert. In Kontakt mit einer Probe wie Blutserum oder Urin binden die Proteine aus der Probe nur dort an den Chip, wo sie einen natürlichen Wechselwirkungspartner als Fänger vorfinden. Auf diese Weise lassen sich z. B. charakteristische Unterschiede in der Proteinzusammensetzung des Blutes von Patienten und gesunden Menschen feststellen.

Am Stuttgarter Fraunhofer-Institut für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik IGB entsteht ein neuartiger Proteinchip auf der Basis Protein bindender Silica-Nanopartikel. Die Oberfläche dieser winzigen Partikel mit einem Durchmesser von weniger als einem Zehntausendstel Millimeter kann mit verschiedensten Fänger-Proteinen ausgestattet werden. Die so ausgestatteten Partikel werden dann in dünnen, gleichmäßigen Schichten auf Siliziumträger aufgebracht. Nach dem Kontakt mit einer Probe können die Chips mit Hilfe modernster Massenspektrometrie, der MALDI-TOF-Massenspektrometrie, analysiert werden. Die Kenntnis der Massen der gebundenen Proteine liefert einen direkten Hinweis auf ihre Identität. Bisher müssen die Proben für die MALDI-TOF-Massenspektrometrie in einem mehrstufigen Prozess für die eigentliche Messung vorbereitet werden. “Mit unseren Nanopartikeln können die Proteine erstmals direkt angereichert und gemessen werden”, sagt Wissenschaftler Dr. Günter Tovar, Leiter der IGB-Arbeitsgruppe “Biomimetische Grenzflächen”. Gleichzeitig erreicht man mit Hilfe der Nanopartikel eine höhere Empfindlichkeit.

Derartige Nanopartikel-Proteinchips werden zunächst der Forschung als Werkzeug dienen. In Zukunft können sie als Diagnosechip für die Früherkennung von Krankheiten eingesetzt werden. Das Projekt, an dem außer dem Fraunhofer IGB noch Arbeitsgruppen der Universitäten Gießen, Göttingen, Tübingen und Stuttgart (Institut für Grenzflächenverfahrenstechnik IGVT) sowie die Firmen BioCore GmbH und ThermoFinnigan MAT GmbH beteiligt sind, wird vom Bundesministerium für Bildung und Forschung BMBF gefördert. Beim 1. BMBF-Status-Seminar des Förderschwerpunktes “Neue effiziente Verfahren für die funktionelle Proteomanalyse”, das vom 12. bis 14. Mai in Bad Honnef stattfand, erhielten Kirsten Borchers und Dr. Achim Weber aus der Arbeitsgruppe um Dr. Günter Tovar für die Präsentation ihres Beitrags den 1. Preis. Über 100 Teilnehmer hatten Beiträge eingereicht. Bei der Prämierung wurde sowohl die wissenschaftliche Qualität und Originalität als auch die ansprechende Gestaltung der Ergebnisse bewertet. Der Preis ist mit der Teilnahme an einem von der Deutschen Gesellschaft für Proteomforschung (DGPF) organisierten Workshop dotiert.

Ihre Ansprechpartner für weitere Informationen:

Fraunhofer-Institut für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik IGB
Nobelstraße 12
70569 Stuttgart

Dr. Günter Tovar
Telefon: +49 (0) 7 11/9 70-41 09
E-Mail: guenter.tovar@igb.fraunhofer.de