Magnetisch-bioelektronische Proteindiagnostik mit dem Potenzial für Chip-Methoden

Für die medizinische Diagnostik, aber auch für die biomedizinische Forschung und die Entwicklung neuer Pharmaka ist die selektive Identifizierung und Quantifizierung von Proteinen eine grundlegende Voraussetzung. Forscher an der New Mexico State University in den USA haben nun einen neuen ultraempfindlichen immunologischen Proteintest entwickelt, der auf einer Markierung der Proteine mit DNA-Strängen beruht und auch für Lab-on-a-chip-Anwendungen geeignet sein könnte.

Der Test basiert, wie viele gängige immunologische Proteintest, auf der Bindung des gesuchten Proteins an zwei gegen dieses Protein gerichtete Antikörper. Der erste Antikörper dient dazu, das Protein aus der Probe zu fischen, der zweite markiert es und macht so die spätere Detektion möglich. Damit ein solcher Test extrem spezifisch und empfindlich ausfällt, müssen zum einen allen störenden Bestandteile der Probe sowie überschüssiger Marker sehr effektiv entfernt werden. Zum anderen braucht man einen guten „Verstärker“, der dafür sorgt, dass bereits extrem geringe Mengen des nachzuweisenden Proteins ein gut detektierbares Signal auslösen. Beides hat das Team um Joseph Wang auf pfiffige Weise gelöst.

Und so funktioniert es: Antikörper Nummer eins, der „Festhalter“, ist an winzige magnetische Kügelchen gebunden. Wie an einer Leimrute bleibt das Analyt-Protein daran kleben. Beim folgenden Waschschritt werden diese Komplexe magnetisch von allen störenden Bestandteilen der Probe abgetrennt. Nun kommt der zweite Antikörper ins Spiel, der Marker, der sich an die Magnetkugel/Antikörper/Protein-Komplexe heftet. Die zweite Sorte Antikörper ist an winzige Kunststoff-Kügelchen gekuppelt, die außerdem eine Vielzahl kurzer DNA-Stränge tragen.So wird der Komplex nicht nur markiert, sondern auch eine dramatische Verstärkung des Signals erreicht. In einem weiteren magnetisch unterstützen Waschschritt wird ungebundener Marker sehr gründlich entfernt. Nun kann detektiert werden: Dazu werden die DNA-Stränge, die ausschließlich die Nukleobase Guanin enthalten, von den Kunststoff-Kügelchen abgelöst und aus den Strängen dann die einzelnen Guanin-Nukleobasen freigesetzt. Guanin lässt sich elektroanalytisch sehr empfindlich nachweisen. Wenn Guanin-Moleküle auf einer Elektrode adsorbiert werden, ändern sich deren elektrische Charakteristika. So sind Nachweisgrenzen von 2 Pikogramm (1 pg = ein Billionstel Gramm) des gesuchten Proteins pro Milliliter erreichbar.

Auch die Nukleobase Adenin ist elektroanalytisch sehr gut nachweisbar – und liefert ein von Guanin unterscheidbares Signal. Selbst verschiedene DNA-Stränge mit definierten Verhältnissen von Adenin zu Guanin lassen sich, als Marker eingesetzt, voneinander unterscheiden. So könnten sogar mehrere Proteine parallel detektiert werden.

Kontakt:

Prof. Dr. J. Wang
Department of Chemistry and Biochemistry
New Mexico State University
Las Cruces, NM 88003, USA
Tel.: (+1) 505-646-2505, Fax: -6033
E-mail: joewang@nmsu.edu