Seriell angeordnete kombinatorisch aktive Virusgerüste als Biosensor-Ensembles

Im Fokus des vorgeschlagenen Projekts steht die Entwicklung eines multifunktionalen seriellen Multiplex-Analytikverfahrens, in dem virale Biotemplate als Trägerstäbchen für enzymatische Sensoreinheiten dienen und damit deren optimale Zugänglichkeit und Aktivität gewährleisten. Dazu werden definierte, nacheinander ansprechbare Oberflächenbereiche eines Substrats (z.B. in einem Kanal) mit selbstassemblierten Tabakmosaikvirus-(TMV-)-artigen Nanopartikeln bestückt, die auf benachbarten Arealen unterschiedliche bioaktive Moleküle tragen (s. Abb. 1). Wir möchten dabei miteinander kooperierende Enzyme auf Virusgerüsten immobilisieren und kombinatorisch als hochdefinierte Systeme aus chemisch unterschiedlichen Architekturen einsetzen. Diese Strategie eröffnet einen neuen Zugang zu einer der entscheidenden Herausforderungen der Nanotechnologie: der Platzierung von nanoskaligen Objekten mit Nanopräzision. Dabei sind diverse Parameter und damit die Wirksamkeit der Enzyme kontrollierbar. Für eine Machbarkeitsstudie ist ein gut etabliertes gekoppeltes Enzymkaskadensystem zum Nachweis einer Testsubstanz vorgesehen. Ein serieller Aufbau ist notwendig, da sonst Querempfindlichkeiten der beteiligten Proteine ihre Umsatzraten reduzieren. Dies wird durch lokale Separation verhindert. In einer weiteren Stufe werden wir prüfen, inwieweit sich funktionalisierte virale Architekturen zum Nachweis technisch, biologisch oder für die Umwelt wichtiger Analyte in zusehends miniaturisierten Systemen eignen.

TMV-basierte serielle Multiplex-Analytik: Aufbau und Funktionsprinzip.