Detection of small molecules using aptamers

verfasst von

Harshvardhan Modh

betreut von

Thomas Scheper

Abstract

Nukleinsäure-Aptamere sind vielseitige molekulare Biorezeptoren, die mit hoher Affinität und Selektivität an ihre Zielmoleküle binden. Durch ein In-vitro-Verfahren können sie gegen eine breite Palette von Zielmolekülen, einschließlich kleiner Moleküle (Molekulargewicht <1000 g/mol), selektiert werden. Zu den kleinen Molekülen gehören unter anderem Toxine, Antibiotika, molekulare Marker, Wirkstoffe und Schwermetallionen. Der Nachweis von kleinen Molekülen findet unter anderem in den Bereichen der öffentlichen Gesundheit, Umweltüberwachung, Lebensmittelsicherheit und Antiterrorismus Anwendung. Um der steigenden Nachfrage zum Nachweis verschiedener kleiner Moleküle gerecht zu werden, werden Methoden benötigt, die empfindlich, zuverlässig, schnell, kostengünstig und einfach zu bedienen sind. In diesem Zusammenhang entwickeln sich Aptamer-basierte Detektionsplattformen zu einer vielversprechenden Alternative zu herkömmlichen Methoden zur Detektion von kleinen Molekülen. Für den Nachweis von kleinen Molekülen sind massenabhängige Nachweisverfahren, Sandwich-Assays und Single-Site Binding-Assays nicht immer geeignet. Bei der Signalerzeugung ermöglicht die strukturelle Flexibilität der Aptamere die Entwicklung einzigartiger Aptamer-basierter Sensorplattformen, da die Nukleinsäure-Aptamere sich bei der Bindung an ihre Zielmoleküle in eine spezifische dreidimensionale Struktur falten. Diese besondere Eigenschaft von Aptameren ermöglicht die Entwicklung von Nachweisverfahren, die die Aptamer-spezifischen Mechanismen einer Target-induzierten Dissoziation von komplementären Oligonukleotiden (TID) und die Target-induzierte Strukturänderung (Target-Induced Structure Switch, TISS) nutzen. In dieser Doktorarbeit wurde ein neuartiger Assay, die Apta-qPCR, basierend auf dem TID Mechanismus für den Nachweis von kleinen Molekülen aus biologischen Proben, Lebensmittel- und Umweltproben, entwickelt. Der Apta-qPCR Assay wurde für den Nachweis von ATP, Ochratoxin A und Oxytetracyclin entwickelt und optimiert. Dabei konnte eine hohe Empfindlichkeit und Selektivität für die Zielmoleküle ermittelt werden. Außerdem konnte ein kolorimetrischer Schnelltest nach dem TISS-Prinzip entwickelt werden, der ATP und Ochratoxin A innerhalb von 15 Minuten nachweisen kann.

Organisationseinheit(en)

Institut für Technische Chemie

Typ

Dissertation

Anzahl der Seiten

128

Publikationsdatum

2019

Publikationsstatus

Veröffentlicht

Ziele für nachhaltige Entwicklung

SDG 3 – Gute Gesundheit und Wohlergehen

Elektronische Version(en)

https://doi.org/10.15488/4828 (Zugang: Offen)