Translokation einzelner Moleküle durch biologische Nanoporen mittels Optischer Pinzette

• Antragsteller: Professor Dr. Dario Anselmetti
• Fachliche Zuordnung: Statistische Physik, Nichtlineare Dynamik, Komplexe Systeme, Weiche und fluide Materie, Biologische Physik ; Biophysik
• Förderung: Förderung von 2014 bis 2018
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 269589970

In dem beantragten Forschungsprojekt planen wir die quantitative Untersuchung der Translokationsmechanismen und -dynamik einzelner Biopolymer-Moleküle durch biologische Nanoporen (Bioporen) mittels Optischer Pinzetten mit submolekularer Auflösung. Diese optische Einzelmolekülmethodik erlaubt strukturbezogene Messungen der molekularen Wechselwirkungskräfte und Elastizitäten, der Rauschspektren, der Translokationsdynamik und der effektiven Energielandschaften beim Durchtritt durch Bioporen ohne Markierung und molekulare Vervielfältigung. Dabei soll die Translokationsdurchtritt von Nukleinsäuren, Polysacchariden als auch gefalteten und ungefalteten Proteine durch in unterstützten Biomembranen und biomimetischen Lipid-Membranhybriden integrierte, funktionale Bioporen untersucht werden, was vielfältige Aspekte der molekularen Kraftspektroskopie mit Nanofluidik kombiniert. Da die Translokation einzelner Moleküle durch thermische Nichtgleichgewichtsbedingungen, schnelle Fluktuationen und stochastische Phänomene dominiert wird, planen wir die Integration einer schnellen Kraft- und Rauschanalytik als auch eine enge Verzahnung unserer Experimente mit stochastischen Simulationsrechnungen (Kooperation P. Reimann). Ziel ist es tiefgehende mechanistische Einsichten der molekularen Translokation durch Bioporen, als auch daraus abgeleitete nanobiotechnologische Anwendungen zu erforschen. Bei den Anwendungen denken wir an die Identifikation submolekularer Kraftsignaturen bei der Translokation, aus welchen sich spezifische, strukturelle Informationen des translozierenden Makromoleküls ableiten lassen (z. B. das Methylierungsmuster von DNS).

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Kooperationspartner: Professor Dr. Peter Reimann