Aufbau und Druckbarkeit von Aptamer-basierten Biosensoren zur Detektion von Antibiotika-Kontaminationen mit Gold-Nanopartikeln zur sichtbaren Auswertung

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Edgar Dörsam; Professorin Dr. Beatrix Süß
• Fachliche Zuordnung: Bioverfahrenstechnik
• Förderung: Förderung von 2020 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 445077107

In der Tiermast werden Antibiotika nicht nur eingesetzt um Krankheiten zu behandeln. Den Masttieren werden auch subtherapeutische Mengen von Antibiotika regelmäßig verabreicht, um die Ausbeute an Muskelfleisch zu steigern. Dabei verbleiben Antibiotikarückstände in den tierischen Produkten, wie z.B. in Milch, welche von den Konsumenten verzehrt werden. Dies führt zu einer permanenten Antibiotikabelastung der Bevölkerung und begünstigt die Entwicklung multiresistenter Keime. Dadurch wird die Gesellschaft nicht nur durch eine erhöhte Morbidität und Mortalität belastet, sondern auch durch die gestiegenen Kosten im Gesundheitssystem. Um bestimmte Rückstandshöchstmengen einzuhalten, müssen Proben regelmäßig kontrolliert werden. Gängige Nachweismethoden erfordern derzeit kompliziertes Laborequipment einhergehend mit einer aufwendigen Probenvorbereitung und geschultem Personal. Eine Alternative hierzu stellen Biosensoren dar, die bislang vorwiegend basierend auf Schnelltest geforscht. Häufig handelt es sich dabei um antikörperbasierten Schnelltests. Antikörper weisen jedoch eine Reihe von Nachteilen auf, wie z.B. niedrige Stabilität und hohe Sensitivität gegenüber nicht optimalem pH-Wert und Temperatur. Eine Alternative stellen RNA-Aptamere dar, welche durch ihre definierte Struktur mit einer hohen Affinität und Spezifität in der Lage sind, Zielmoleküle wie z. B. Antibiotika zu binden. Biosensoren auf Aptamerbasis werden vor allem als Assays in Laboren erforscht, wobei ihre Detektorsysteme individuell und schwer übertragbar sind. Ziel dieses Vorhabens ist es, ein universelles, auf Aptameren basierendes Nachweisverfahren zu entwickeln, um die Einhaltung der Rückstandshöchstmengen von Antibiotikarückständen in Lebensmitteln zu kontrollieren. Der Nachweis soll über einen Teststreifen erfolgen, welcher schnelle Ergebnisse liefert und kostengünstig in der Herstellung ist. Darüber hinaus ist er an jedem Ort und von jedem einsetzbar. Durch eine enge interdisziplinäre Zusammenarbeit zwischen Biologie und Drucktechnologie soll dies erreicht werden. Im Rahmen dieses Vorhabens wird in der AG Suess ein Detektorsystem entwickelt werden, welche aus Aptameren und Gold-Nanopartikeln aufgebaut ist und zum hochspezifischen Nachweis von Antibiotikakontaminationen verwendet werden kann. Die Goldnanopartikel ermöglichen dabei eine einfache Detektion des Liganden durch optisch sichtbaren Farbumschlag. In der AG Dörsam soll dieses Detektionssystem auf lagerbare Teststreifen gedruckt werden und die visuelle Auswertung und die Auswertung mit einfachen Geräten etabliert werden. Das universelle Design soll es ermöglichen, das Detektorsystem einfach auf weitere Aptamere zu übertragen. Auf diese Weise könnte der zu entwickelte Druckprozess eine Grundlage für andere Schnelltests bilden, welche bisher auf Laborassays basieren. Dies kann somit die Grundlage für die weite Verbreitung des hier entwickelten Verfahrens bilden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen