Nanosensor für die multi-parallel Bioanalytik in Echtzeit

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Professor Dr. Wilfried Weber; Professorin Dr. Margit Zacharias
• Fachliche Zuordnung: Mikrosysteme ; Biomaterialien
• Förderung: Förderung von 2014 bis 2018
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 250701819

Der exzessive Einsatz von Antibiotika in der Landwirtschaft führt derzeit zu einer enormen Zunahme von Drug-resistiven pathogenen Bakterien welche zu einer sich ständig erhöhenden Zahl von nosokomialen Infektionen und damit verbundenen Krankheiten und Todesfällen. Um die nationalen und internationalen Richtlinien zur Verwendung von Antibiotika in landwirtschaftlichen Betrieben durchzusetzen sind schnelle und sehr sensitive Antibiotikanachweismethoden erforderlich. Das Ziel des hier eingereichten Projektes ist die Entwicklung von neuen Konzepten der elektronischen Erfassung von biomulekularen/Drug-Target Wechselwirkungen für den Realzeitnachweis von besonders kleinen Molekülen in einer Lösung und die detaillierte Untersuchung der Kreuzwechselwirkung auf dem Bauelement, die multiplexe Erfassung von verschiedenen kleinen Molekülen in parallel, wie z.B. Antibiotika. Im ersten Schritt wird eine separate Funktionalisierung von selektiven Nanostrukturen auf dem Chip erfolgen. Wir werden Nanotechnologie mit mikrobiologische Genetik verbinden, um neue Methoden für den Realzeitnachweis und die Quantifizierung von Antibiotika zu entwickeln. Dafür werden ZnO Nanowälle mit Antibiotika-reagierenden bakteriellen DNA Operator/Regulatorprotein Kombinationen funktionalisiert, so dass das Regulatorprotein vom Nanowall dissoziiert, wenn Antibiotika im Testsample vorhanden sind. Die dabei hervorgerufene Änderung der Oberflächenladung des Nanowalles wird in einer Änderung der elektrischen Leitfähigkeit münden, welche in Realtime ausgelesen werden soll. Wir werden diesen Ansatz für die Detektion von Antibiotika der Familien Tetracykline, Macrolide und Streptogramin entwickeln, welche regulär in der Landwirtschaft eingesetzt werden, oder gerade verboten wurden. Das Projekt wird realisiert, indem die Expertise im Design und der Herstellung von Nanobauelementen mit den umfangreichen Erfahrungen in bakteriellen genetischen Regulatoren und deren Anwendung in der synthetischen Biologie verknüpft werden. Wir erwarten von diesem wahrhaft interdisziplinären Projekt eine wissenschaftliche Basis für eine neue Gruppe von hoch sensitiven Methoden mit Realzeiterfassung für den Nachweis von Antibiotika in Lebensmitteln, um zukünftig Missbräuche zu vermeiden und die Konsumentensicherheit zu erhöhen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen