Proteinadsorption an funktionalisierten Oberflächen

Projektleiter: H. Decker
Mitarbeiter: C. Beck
Zusammenarbeit: Prof. Zentel & Dr. Theato (Institut für Organische Chemie, Universität Mainz), Prof. Schönhense & D. Panzer (Institut für Physik, Universität Mainz), M. Möller, (CIC-Biomagune, Spanien)
Förderung: DFG, SFB 625 (bis 2005)

Wir binden Proteine, die natürlicherweise in wässrigem Medium gelöst vorkommen, an die Oberflächen von speziellen Probenträgern und wechseln die über der Oberfläche stehende Lösung gegen eine proteinfreie Lösung aus. An den oberflächengebundenen Proteinen können dann Einzelmoleküluntersuchungen durchgeführt werden, wenn ein Meßsignal selektiv von verschiedenen Positionen der Oberfläche, und damit von individuell auswählbaren Proteinen erfasst werden kann. Solche, von uns benutzten Methoden sind die konfokale Fluoreszenzmikroskopie nach 2-Photonen-Anregung (in Kooperation mit der Arbeitsgruppe von Prof. Basché, Institut für Physikalische Chemie, Johannes Gutenberg - Universität Mainz), die AFM (in Kooperation mit der Arbeitsgruppe von Prof. Butt und der Arbeitsgruppe von Prof. Knoll, Max Planck Institut für Polymerforschung, Mainz) und die XPEEM (in Kooperation mit der Arbeitsgruppe von Prof. Schönhense, Institut für Physik, Johannes Gutenberg - Universität Mainz). Die Einzelmoleküluntersuchungen helfen Details über den Funktionsmechanismus von Proteinen aufzuklären, die sonst durch die Überlagerung der Meßsignale aus vielen gleichzeitig detektierten Molekülen statistisch verdeckt würden.

Die besondere Herausforderung in der Probenpräparation besteht darin, daß die Proteine durch die Oberflächenanbindung („Adsorption“) möglichst wenig deformiert, und damit möglichst wenig von ihrem Erscheinungsbild in Lösung abweichen. Daher modifizieren („funktionalisieren“) wir das Trägermaterial (Kohlenstoff, Silizium, Glas, Gold) an der Oberfläche durch physikalische (Temper, Glow-Discharge) oder chemische Verfahren (Oxidation durch Lösungen oder O2-Plasma, Reduktion durch Lösungen, Beschichtung mit verschiedenen Alkylen).

Die für eine Proteinadsorption optimal funktionalisierten Oberflächen können neben den Einzelmolküluntersuchungen natürlich auch für andere Anwendungen eingesetzt werden. Labortechnisch nutzen wir sie z.B. auch für Ligand-Protein-Bindungsstudien mit QCM-D und SPR (in Kooperation mit der Arbeitsgruppe von Dr. Théato / Prof. Schönhense, Institut für Organische Chemie, Johannes Gutenberg - Universität Mainz). Medizinisch, pharmazeutisch, bio- und nanobiotechnologisch sind die Erkenntnisse über das Kontaktverhalten zwischen Protein und Materialoberflächen überall dort von Interesse, wo Festkörperoberflächen biokompatibel gestaltet werden müssen (Implantate, Teststreifen, biofunktionalisierte Keramiken, Biochips, usw.).

Publikationen:

  • Möller M, Beck C , Théato P, Decker H (2004): "Optimized Surface Adsorption of Hemocyanin for Single Molecule Investigations", Workshop 2004 des SFB 625
  • Möller M, Decker H (2004): "Tarantula hemocyanin imaged by atomic force microscopy", Micron 35:15-16
  • Erker W, Scheumann V, Moller M, Knoll W, Ruhe J, Decker H (2006): "Immobilization and AFM of single 4x6-mer tarantula hemocyanin molecules", Micron 37:735-41