Biomimetische Rezeptoren auf NanoMIP-Basis zur Virenerkennung und -entfernung mittels integrierter Ansätze

• Antragstellerin: Professorin Dr.-Ing. Zeynep Altintas
• Fachliche Zuordnung: Analytische Chemie ; Biologische und Biomimetische Chemie
• Förderung: Förderung von 2019 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 428780268

Etwa 884 Millionen Menschen, was etwa 13% der Weltbevölkerung ausmacht, haben keinen Zugang zu sauberem Trinkwasser. Die hierdurch verursachten Krankheiten haben Millionen von Todesfällen zur Folge. Der Zugang zu sicherem Trinkwasser kann diese Zahl erheblich reduzieren und die globale Gesundheit erhöhen. Viren sind eine der häufigsten pathogenen Verunreinigungen im Wasser. Sie sind schon in geringe Konzentrationen ansteckend und zudem über längere Zeit in der Umwelt stabil. Der Nachweis von Viren im Wasser erfordert qualifiziertes Personal und spezialisierte analytische Methoden. Die Sensibilität der heutigen Techniken reicht für Forscher jedoch nicht aus, um Proben zu generiesen, die vollständig frei von Viren sind. Daher zielt dieses Projekt darauf ab, biomimetische Rezeptoren zu entwickeln, die in der Biosensor-basierten Viruserkennung verwendet werden sollen, und zudem in chromatographische Säulen und Membranfilter zur Virusentfernung eingebettet werden können. Das Projekt verbindet mathematische Modellierung und experimentelle Forschung, um den Erfolg von Epitop-Chips und chromatographischen Säulen/Membranfiltern zu erhöhen. Um hochwirksame Rezeptoren für die Viruserkennung und -erfassung zu erhalten, werden Proteine der Virusoberfläche unter Verwendung molekularer dynamischer Berechnungen simuliert. Stabilität und Konformationsänderungen der Bindungsregionen (Epitope) werden unter verschiedenen Bedingungen bestimmt, da das Verhalten biologischer Moleküle eine wichtige Rolle für ihren Wirkmechanismus spielt. Computersimulationen werden ebenfalls für das Design von Rezeptoren durchgeführt, um Herstellungsprotokolle zu optimieren. Die Rezeptoren werden dann für die Epitope unter Verwendung einer innovativen molekularen Prägetechnik synthetisiert. Biomimetik-Epitop-Rezeptoren werden für die Entwicklung von Epitop-Chips für Sensoren verwendet. Epitop-Chips werden in elektrochemischen und optischen Biosensoren eingebaut, die dadurch in der Lage sind das gesamte Virus über Epitop-Regionen zu erfassen. Die Bindungswechselwirkungen zwischen jedem Epitop-Rezeptor und Virus werden anhand von Sensor-Ergebnissen bestimmt. Die biomimetischen Rezeptoren mit hoher Affinität werden dann in chromatographische Säulen und Membranfilter für die Virusbindung und -entfernung eingebettet. Das vorgeschlagene Projekt kann zur Lösung globaler Gesundheitsprobleme beitragen, indem es empfindliche und einfach zu bedienende Erkennungs-/Entfernungsprinzipien für Viren anbietet. Heute gibt es in der Forschung viele Biosensor-Geräte auf dem Markt. Allerdings sind diese noch weit entfernt von der breiten Anwendung, sehr teuer und benötigen eine gut ausgebildete Person, um Analysen durchzuführen. Die entwickelten Epitop-Chips werden diese Lücken füllen, da sie in jedes Biosensor-Gerät integriert werden können. Der Erfolg des Projekts in chromatographischen Säulen- und Membranfilteranwendungen wird vor allem in Entwicklungsländern einen enormen Auswirkung haben.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen