Entwicklung einer Virus-Biosensor-Plattform auf Basis von multivalenten synthetischen Nanoschaltern

• Antragsteller: Dr. Alexander Gräwe
• Fachliche Zuordnung: Biochemie ; Biologische und Biomimetische Chemie
• Förderung: Förderung von 2021 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 464980137

Die SARS-CoV-2 Pandemie hat deutlich gemacht, welche Bedeutung zuverlässige Test-Pipelines für Krankheiten und Infektionen – insbesondere für Viren – haben. Auch wenn bereits entwickelte Biosensorik-Technologien immer mehr Anwendung finden, sind sie in Bezug auf Geschwindigkeit, Detektionsverfahren und Wiederverwendbarkeit limitiert. Daher herrscht weiterhin hoher Bedarf an schnellen und benutzerfreundlichen molekularen Tests für die Diagnostik am Ort des Geschehens. Mit derartigen robusten und zugänglichen Testsystemen wird die Gesellschaft gegen etliche problematische Krankheiten vorgehen können und auch zukünftige Epidemien besser beherrschen. Eine direkte Detektion des Zielmoleküls in Lösung ist äußerst erstrebenswert, da dadurch die Probenvorbereitungs- sowie Detektionszeit stark verkürzt werden. Um solche homogenen Assays zu realisieren, werden Designs benötigt, die auf Basis einer molekularen Interaktion oder eines Bindungsevents einen detektierbaren Output generieren. Dies wiederum kann nur erreicht werden, wenn wir lernen, das Verhalten der entsprechenden molekularen Biosensor-Designs verstehen, vorhersagen und kontrollieren zu können. Die jüngsten Fortschritte in der Synthetischen Biologie haben zu fortgeschrittenen Biosensoren geführt, die auf Basis von modularen synthetischen Protein-Schaltern funktionieren. Allerdings wurde deren Potential bezogen auf gezielte Diagnostik bisher durch die aufwendige Optimierung dieser Schalter – und insbesondere der internen Linker – limitiert. Um dieses Problem anzugehen, zielt das angestrebte Projekt auf die Entwicklung neuartiger auto-inhibierter Nanoschalter, die auf multivalenten Interaktionen basieren und Viren und ähnliche Targets mit hoher Sensitivität detektieren. Um optimale Schalter-Architekturen zu erhalten, werden ausgefeilte Linker-Screening-Technologien eingesetzt. Zwei komplementäre Linker-Typen – sowohl DNA- als auch Protein-Linker – werden in den Nanoschaltern verwendet, und beide Arten von Schaltern werden an zwei Analyten, dem trimeren Spike-Protein von SARS-CoV-2 sowie Virus-ähnlichen Partikeln von Influenza A, getestet. Dementsprechend sind die Hauptanliegen des Projekts 1) die Konzipierung und Konstruktion solcher Schalter sowie 2) die Evaluierung der zugrundeliegenden Design-Prinzipien. Somit werden im Rahmen des Projekts sowohl eine neue Klasse von multivalenten Nanoschaltern entwickelt, die eine sensitive und nutzerfreundliche Virus-Detektion direkt in Lösung erlaubt, als auch fundamentale Erkenntnisse in Bezug auf multivalente Interaktionen an Virus-Oberflächen gewonnen, die in der Impfstoffentwicklung und Virus-Neutralisation nützlich sein können.

• DFG-Verfahren: WBP Stipendium
• Internationaler Bezug: Niederlande
• Gastgeber: Professor Dr. Maarten Merkx