Superdetektor für Nukleinsäuren
Hochsensitives konfokales Mikroskop weist per Fluoreszenz einzelne Moleküle nach.
In den modernen Life Sciences spielen hochempfindliche Nachweissysteme eine immer größere Rolle. Das Ziel ist, Biomoleküle mit höchster Sensitivität bei geringstem Probenverbrauch quantitativ nachzuweisen, um Krankheiten früher zu erkennen, neue Wirkstoffe schneller und sicherer zu finden, Umweltgifte zweifelsfrei aufzuspüren oder um Qualitätskontrollen in biologischen Prozessabläufen durchzuführen. Für diese Einsatzbereiche haben Forscher des Fraunhofer FIT jetzt eine spezielle Einzelmolekül-Detektionsmaschine entwickelt. Sie basiert auf einem hochsensitiven konfokalen Mikroskop – einer Eigenentwicklung des Instituts – und arbeitet mit Fluoreszenzdetektion.
Bei dem verfahren markieren die Forscher Biomoleküle wie DNA, RNA und Proteine mit Fluoreszenzmarkern, die dann ein Laser zur Fluoreszenz anregt. Diese Art des Nachweises ist nicht nur sehr empfindlich, sondern liefert auch eine Vielzahl an Informationen über die Art und das Verhalten der fluoreszenzmarkierten Biomoleküle. „In jahrelangen Forschungs- und Entwicklungsarbeiten ist es uns gelungen, eine eigene, auf Einzelmolekül-Helligkeiten basierende Analysemethode zu finden und diese in einen Algorithmus zu überführen“, sagt Harald Mathis vom FIT. „Mit dem resultierenden Verfahren kann die benötigte Information über das Molekül schneller und mit höherer Qualität gewonnen werden.“
Die mit der Einzelmolekül-Detektionsmaschine nachweisbaren Konzentrationen an Molekülen erreichen mit einem Billionstel Gramm pro Millionstel Liter unvorstellbar geringe Werte. Zum Vergleich: Das System kann das Auflösen eines Stücks Würfelzucker in drei Millionen Litern Wasser nachweisen. Drei Millionen Liter Wasser entsprechen etwa der Füllmenge von 1,2 Olympia-Schwimmbecken mit 50 Meter Länge, 25 Meter Breite und zwei Meter Tiefe. Davon würde dann ein Kubikmillimeter Wasser genügen, um den Test durchzuführen.
Aktuell wird die Einzelmolekül-Detektionsmaschine im Rahmen des Fraunhofer-Stiftungsprojekts Ribolution zur Qualitätskontrolle in der Nukleinsäure-Analytik eingesetzt, um hochsensitive Massenkonzentrationsbestimmungen von Nukleinsäuren durchzuführen. Die erreichte Sensitivität des Systems übersteigt die Sensitivität von auf UV-Absorption basierten Konkurrenzsystemen um Größenordnungen. Zudem lassen sich mit dem System Messungen in einem Probenvolumen von weniger als einem Mikroliter durchführen, was aufgrund des geringen Probenverbrauchs Kosten spart.
Die Einzelmolekül-Detektionsmaschine kann zudem hochsensitive Längenprofilvermessungen von Nukleinsäure-Gemischen durchführen. Zur präzisen Vermessung der Längenverteilungen wurde von Fraunhofer FIT ein offener Mikroelektrophorese-Chip entwickelt und in die Einzelmolekül-Detektionsmaschine integriert. Der Chip ermöglicht die Vortrennung von Molekülen zur Analyse auf Einzelmolekülniveau. Das FIT präsentiert die Einzelmolekül-Detektionsmaschine im Oktober auf der Biotechnica in Hannover.
Fh.-FIT / RK
