Die Sichtbarkeit von Biomolekülen hat in der heutigen Forschung eine zentrale Rolle eingenommen. Forschende der Universität Göttingen haben eine neuartige Methode entwickelt, die es ermöglicht, diese lebhaften Bausteine des Lebens wie Zucker, Proteine und Lipide unter dem Mikroskop sichtbar zu machen. Dank eines speziellen Lumineszenz-Farbstoffs, der erst beim Binden an das Zielmolekül und nicht vorher leuchtet, wird die Bildgebung erheblich verbessert. Herkömmliche Farbstoffe hingegen stören oft die Ergebnisse, da sie in der Probe verbleiben, auch wenn sie nicht gebunden sind.
Die methodischen Neuheiten erlauben es, Experimente mit Biomolekülen nicht nur übersichtlicher, sondern auch leichter auszuwerten. Zudem erfolgt die chemische Veränderung unter milden Bedingungen, was besonders wichtig für die Empfindlichkeit von Biomolekülen ist. Diese innovative Technik funktioniert bei einer Vielzahl von biomolekularen Bausteinen und Strukturen, einschließlich Zucker, Lipiden, Aminosäuren und Proteinen. Mit Unterstützung von Wissenschaftlern der Universitätsmedizin Göttingen konnte das Potenzial dieser Methode für die Mikroskopie eindrucksvoll demonstriert werden, indem zelluläre Strukturen erfolgreich sichtbar gemacht wurden. Die Studie wurde in der Fachzeitschrift *Angewandte Chemie International Edition* veröffentlicht und zeigt, dass die Lumineszenz der Farbstoffe flexibel an zukünftige Bildgebungsverfahren angepasst werden kann.
Neue Wege in der Diagnostik
Während die Universität Göttingen an der Sichtbarkeit von Biomolekülen arbeitet, haben Cornelia Reuter und Walter Hauswald am Leibniz-Institut für Photonische Technologien einen innovativen optischen Biosensor entwickelt. Dieser Sensor hat das Potenzial, DNA und Proteine ohne Markierung zu erkennen, indem er Licht nutzt. Die Entwicklung fand im Reinraum des Instituts statt, unterstützt von einem Team, das sich auf Mikro- und Nanotechnologie spezialisiert hat.
Besonders bemerkenswert ist, dass der Sensor ein spektakuläres Farbenspiel erzeugt – in Grün, Blau und Gelb –, das durch Lichtbeugung entsteht. Ziel ist es, bestimmte DNA-Sequenzen oder spezifische Epitope, die Strukturen auf Proteinen sind und an die Antikörper binden, präzise nachzuweisen. Dieses Verfahren kann mehrere Biomoleküle gleichzeitig erkennen, was es für die medizinische Diagnostik äußerst wertvoll macht. Ein Beispiel für eine potenzielle Anwendung ist der Nachweis von Nukleinsäuren und Antikörpern gegen SARS-CoV-2 in nur einer Messung, was gleichzeitig Zeit spart und die Probenvorbereitung vereinfacht.
Interdisziplinäre Zusammenarbeit und Zukunftsperspektiven
Die mikrotechnologischen Strukturen des Sensors wurden im Kompetenzzentrum für Mikro- und Nanotechnologien entwickelt. Dr. Uwe Hübner leitete die Fertigung dieser Strukturen, während Walter Hauswald für die optische Ausleseeinheit verantwortlich war, die störende Lichtanteile unterdrückt und relevante Beugungsmuster erfasst. Die interdisziplinäre Zusammenarbeit in der Forschergruppe MultiHoloDiag am InfectoGnostics Forschungscampus Jena ermöglicht es, molekulare Nachweismethoden mit optischen Verfahren zu kombinieren und das System flexibel an verschiedene medizinische Fragestellungen anzupassen. Das Potenzial reicht von der Diagnose von Infektionskrankheiten bis hin zur Überwachung chronischer Erkrankungen, sowohl in klinischen Laboren als auch in der Forschung.