Biosensoren

  Biosensor Urheberrecht: Fitter  

Glukose induzierte Konformationsänderungen in dem Sensorprotein (grau) kann mit Hilfe der N- und C-terminal gebundenen Fluoreszenzproteine (blau und rot) optisch detektiert werden.

 

Eine erfolgreiche Anwendung der FRET- Spektroskopie besteht darin, die liganden- induzierte Konformationsänderung eines sogenannten Sensorproteins dafür zu nutzen, die Konzentration dieses Liganden zu bestimmen. In der Natur gibt es zahlreiche Proteine, die spezifisch Liganden, zum Beispiel Glukose, Calcium oder spezielle Aminosäuren binden können. Diese Sensorproteine werden genutzt, um die chemische Zusammensetzung der Zellumgebung für einen Organismus zu „vermessen“. Viele solcher Sensorproteine arbeiten nach dem Prinzip einer Venus-Fliegenfalle: Die Bindung des Liganden ruft im Sensorprotein eine interne Scharnierbewegung hervor. Werden an solche Sensorproteine zwei fluoreszierende Proteine (FP) gebunden, lässt sich das Signal über Fluoreszenzlicht (unter Verwendung der FRET-Methode) auslesen. Hierbei ist das Design solcher Sensoren von großer praktischer Relevanz, da viele unterschiedliche Sensoren für unterschiedliche Analyte, auch für verschiedene Konzentrationsbereiche, gebraucht werden. Kürzlich hat unsere Arbeitsgruppe in Zusammenarbeit mit Kollegen (M. Pohl, FZ-Jülich, IBG-1; A.J. Boersma, DWI, RWTH Aachen) die Palette der Methoden zur Sensoroptimierung durch Anwendung der Einzelmolekülspektroskopie erweitert. Am Beispiel eines Glukosesensors konnten wir zeigen, dass die Technik eine deutlich genauere Analyse und Beurteilung der hergestellten Sensoren ermöglicht. Damit helfen die Einzelmolekültechniken bei einer zielgerichteten Sensoroptimierung.

 

Publikationen

Höfig H, Cerminara M , Ritter I , Schöne A , Pohl M , Steffen V , Walter J , Vergara Dal Pont I , Katranidis A , Fitter J
Single-Molecule Studies on a FRET Biosensor: Lessons from a Comparison of Fluorescent Protein Equipped versus Dye-Labeled Species.
Molecules, 23(12), 3105 (2018)

Höfig H, Otten J, Steffen V, Pohl M, Boersma AJ, Fitter J
Genetically Encoded Förster Resonance Energy Transfer-Based Biosensors Studied on the Single-Molecule Level.
ACS Sens., 3, 1462-1470, (2018)