Massenphotometrie-Plattform

• Fachliche Zuordnung: Grundlagen der Biologie und Medizin
• Förderung: Förderung in 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 559280663

Die spektakulären Fortschritte beim Verständnis biologischer Makromoleküle und ihrer funktionellen Wechselwirkungen sind sowohl auf technische Entwicklungen bei den Strukturmethoden als auch auf neue Ansätze bei der Probenvorbereitung und -charakterisierung zurückzuführen. Die Bestimmung der Molekülgröße auf der Basis ihres hydrodynamischen Radius mit Hilfe der Größenausschlusschromatographie und der dynamischen/statischen Lichtstreuung gehört zu den Grundlagen der Biochemie/Strukturbiologie. Die größten Nachteile dieser Methoden sind ihre begrenzte Fähigkeit, die Heterogenität innerhalb der Proben aufzulösen. So kann z. B. der relativ kleine Unterschied im Radius monomerer und dimerer Spezies nicht erkannt bzw. berechnet werden. Zudem erfordern die Bulk-Methoden in der Regel einen relativ hohen Probenverbrauch. Die Massenphotometrie ist ein unlängst entwickeltes Verfahren, das die Lichtstreuung auf Einzelmolekülebene nutzt, um die Massen der in Lösung befindlichen Partikel zu bestimmen. Die Kontrastintensität einzelner Moleküle, die in niedriger nanomolarer Konzentration vorliegen, wird am Objektiv gemessen und dann in Molekulargewichte konvertiert. Da mehrere Moleküle gleichzeitig identifiziert werden, dauert die Datenerfassung in der Regel eine bis mehrere Minuten, wodurch mehrere Hundert bis Tausend einzelne Signale detektiert werden, die eine zuverlässige Statistik gewährleisten. Die Kombination der Massenphotometrie mit der Mikrofluidik gehört zu den jüngsten Fortschritten, die die Durchführung von Experimenten bei hohen, bis zu zehnmikromolaren Konzentrationen der untersuchten Moleküle ermöglicht. Die Probe wird beim Eintritt in die Messkammer schnell verdünnt und die Messdaten werden sofort aufgenommen, so dass instabile makromolekulare Komplexe analysiert werden können. Die Massenphotometrie ist für ein breites Spektrum von Makromolekülen wie Proteine, Nukleinsäuren, Lipid-basierte Nanopartikel usw. mit einer minimalen Masse von 30 kDa und bis zu 5 MDa anwendbar und ist eine hocheffiziente, kosten- und zeitsparende Methode. Die Bestimmung des Molekulargewichts und der Homogenität der Probe ist bei biomolekularen Studien in der Regel als Qualitätskontrollschritt vor der Durchführung aufwändiger Experimente erforderlich, z. B. bei der strukturellen und biophysikalischen Analyse. Andere Anwendungen der Massenphotometrie umfassen die Untersuchung von Protein:Protein-Wechselwirkungen, bei denen der zusammengesetzte Komplex und seine abgelöste Untereinheiten auf einfache Weise sichtbar gemacht werden können, oder biochemische Reaktionen, z. B. die Proteolyse, die ein ergänzendes Messinstrument für die massenspektrometriebasierte Proteomik darstellt. Mit einer Vielzahl von Gruppen, die an der Universität Düsseldorf in der biomolekularen Forschung tätig sind, würde eine große Diversität von Projekten stark von einer mikrofluidikbasierten Massenphotometrie-Plattform profitieren.

• DFG-Verfahren: Forschungsgroßgeräte
• Großgeräte: Mehrzweck-Massenphotometrie-Plattform
• Gerätegruppe: 5360 Meßgeräte für gestreutes und reflektiertes Licht, optische Oberflächen-Prüfgeräte
• Antragstellende Institution: Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf
• Leiter: Professor Dr. Alexej A. Kedrov