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Elektrochemischer Biosensor für die Antikörper-Detektion Synthetische DNA weist Grippe nach

Quelle: Pressemitteilung GDCh

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Einen Schnelltest der besonderen Art haben Forscher der Universität Rom entwickelt. Sie nutzen synthetische DNA-Moleküle, um mit einem biochemischen Sensor Antikörper von z. B. Grippeviren nachzuweisen. Dies soll eine schnelle, günstige, aber quantitative Vor-Ort-Detektion ermöglichen.

Visualisierung der Transkription von DNA (lila) zu RNA (rot) durch eine RNA-Polymerase. Forscher aus Italien haben eine ähnliche molekulare Maschinerie für einen Antikörper-Test entwickelt.
Visualisierung der Transkription von DNA (lila) zu RNA (rot) durch eine RNA-Polymerase. Forscher aus Italien haben eine ähnliche molekulare Maschinerie für einen Antikörper-Test entwickelt.
(Bild: Juan Gärtner - stock.adobe.com)

Die Grippe begleitet als schwere, weit verbreitete epidemische Krankheit schon viel länger als Corona die Menschheit. Sie kann für erkrankte Personen tödlich enden und zudem erhebliche gesellschaftliche und ökonomische Folgen haben. Entsprechend wichtig ist eine klinische Bewertung der Immunantworten auf Grippeimpfungen und Infektionen. Statt einer teuren aufwändigen Laboranalytik, wäre eine einfache, kostengünstige Vor-Ort-Diagnostik wünschenswert.

Der neue Ansatz von Sara Bracaglia, Simona Ranallo und Francesco Ricci von der italienischen Universität Rom soll diesem Wunsch nachkommen. Er basiert auf „programmierten“ Gen-Regelkreisen, zellfreier Transkription sowie einer elektrochemischen Detektion.

Eine molekulare Maschinerie für die Diagnostik nutzen

In lebenden Zellen werden Gene durch eine RNA-Polymerase abgelesen und in eine RNA-Sequenz übersetzt (Transkription), die dann als Bauanleitung für Proteine dient (Translation). Diese „Maschinerie“ kann auch in zellfreien Systemen genutzt werden. Für den neuen Biosensor hat das Team eine solche Maschinerie mit gezielt designten synthetischen Gen-Regelkreisen kombiniert, die nur „angeschaltet“ werden, wenn der gesuchte Antikörper in der Probe enthalten ist. Als Beispiel konzipierten die Forscher einen Test, der Grippe-Antikörper nachweist: ein gegen ein Oberflächenmolekül von Grippe-Viren gerichteter Antikörper.

Dazu entwarf das Team ein synthetisches Gen mit einem unvollständigen Promoter. Der Promoter ist ein DNA-Abschnitt, der das Ablesen eines Gens steuert. Ist der Promoter unvollständig, kann die RNA-Polymerase die Transkription der RNA nicht starten. Die Testlösung enthält ein Paar synthetischer DNA-Stränge, die an ein Protein-Segment (ein Peptid) gebunden sind, das spezifisch von Anti-Grippe-Antikörpern erkannt wird.

DNA schaltet eine Elektrode um

Schema zur Funktion des elektrochemischen Biosensors für die Antikörper-Detektion
Schema zur Funktion des elektrochemischen Biosensors für die Antikörper-Detektion
(Bild: Wiley-VCH, Angewandte Chemie, https://doi.org/10.1002/ange.202216512)

Ein Nachweis von Grippe-Antikörpern funktioniert wie folgt: Bindet der Antikörper das Peptid, ordnen sich die beiden DNA-Stränge aus der Testlösung so an, dass sie den Promoter vervollständigen und das synthetische Gen anschalten. Die RNA-Polymerase kann nun an das synthetische Gen andocken und mit der Transkription von RNA-Strängen beginnen. Diese RNA-Stränge binden dann spezifisch an eine auf einer kleinen Einmal-Elektrode fixierte DNA-Sonde und ändern deren Stromsignal messbar. Dies ist das Signal, was als positives Testergebnis ausgewertet wird.

Solange keine Antikörper anwesend sind, wird keine RNA transkribiert und keine Änderung des Stromsignals wird von der Einmal-Elektrode gemessen, sprich, der Test ist negativ.

Das System benötigt laut den Forschern nur sehr kleine Probenmengen, ist sehr spezifisch und sensitiv, kaum störanfällig, kostengünstig und miniaturisierbar für eine tragbare, einfach zu handhabende Diagnostik. Es soll auch flexibel anpassbar für den Nachweis vielfältiger anderer Antikörper sein.  (clu)

Originalpublikation: Sara Bracaglia, Simona Ranallo, Francesco Ricci: Electrochemical Cell-Free Biosensors for Antibody Detection, Angewandte Chemie, First published: 19 December 2022

DOI: 10.1002/ange.202216512

(ID:49025926)

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