Aptazym-initiierte Generierung netzwerkbildender Magneto-Dendronen auf Zelloberflächen zum Nachweis mikrobieller Kontaminationen mittels magnetisch induzierter Thermographie

Abstract

Die sachgerechte Aufbereitung von Textilien aus hygienisch anspruchsvollen Bereichen erfolgt überwiegend durch textile Dienstleister. Zum Nachweis der anforderungsgerechten Hygiene aufbereiteter Textilien erfolgen regelmäßige innerbetriebliche Eigenkontrollen, u.a. durch Endproduktkontrollen mittels Abklatschplatten. Mit der Auswertung der Abklatschplatten müssen derzeit mikrobiologische Fachlaboratorien beauftragt werden, woraus hohe Kosten für die textilen Dienstleister resultieren. Die Ergebnisse liegen frühestens nach zwei Tagen, im Falle eines selektiven Nachweises hygienerelevanter Mikroorganismen erst nach vier Tagen vor. Ziel des Forschungsprojektes war, durch eine Aptazym-initiierte Hybridisierungskettenreaktion unter Generierung von Magneto-Dendronen eine Erhöhung der Belegungsdichte magnetischer Partikel auf der Zelloberfläche von Mikroorganismen zu realisieren, um mit dem im IGF-Vorläufer-Projekt entwickelten Nachweissystem auf Basis magnetisch induzierter Thermographie Zellen auf einem Beprobungsmedium visualisieren zu können. Um die Generierung netzwerkbildender Magneto-Dendronen in Gegenwart mikrobieller Kontaminationen auslösen zu können, waren zunächst cis-reaktive Aptazyme zu entwickeln, die bei Bindung an ihre Zielstruktur ihre katalytische Aktivität entfalten und eine Initiatorsequenz freilegen. Basis für die Entwicklung solcher allosterisch kontrollierter Aptazyme waren Aptamere und Nukleozyme. Es konnten Aptamere identifiziert und umfassend charakterisiert werden, die sich gegen eine ubiquitär auf der Zelloberfläche von Mikroorganismen vorliegende Zielstruktur (Peptidoglykan, Bestimmung der Gesamtkeimzahl) und gegen hygienerelevante Mikroorganismen richten. Ferner wurde ein Nukleozym (DNAzym I-R3) identifiziert, das sich effizient selber spaltet. In silico wurde das DNAzym I-R3 exemplarisch mit dem Aptamer Antibac1 (Zielstruktur: Peptidoglykan) verknüpft. Durch Modifikation der Sequenz ist es gelungen, unter Erhalt der Spaltaktivität eine Initiatorsequenz in das Aptazym zu integrieren und aus einem dauerhaft aktiven ein allosterisch kontrolliertes Aptazym zu generieren. Zudem gelang es, Oligonukleotide mit Haarnadelstruktur (Hairpins) zu identifizieren, die sich in Gegenwart der Initiatorsequenz autonom zu hochverzweigten Nukleinsäurestrukturen zusammenlagerten. Ausgewählte Hairpins wurden mit magnetischen Partikeln gekoppelt; so konnten Magneto-Dendronen zunächst auf Glasoberflächen und danach auch auf Zelloberflächen generiert und nach induktiver Anregung (in einem alternierenden Magnetfeld) thermographisch visualisiert werden. Das Ziel des Forschungsvorhabens wurde teilweise erreicht.