HELMHOLTZ-PREIS 2016 (Preisverleihung am 22.06.2016)
Dr. Nicholas A. W. Bell und Dr. Ulrich F. Keyser für die Arbeit "Digitally encoded DNA nanostructures for multiplexed, single-molecule protein sensing with nanopores"

Preisträger 2016: Protein-Analyse - Spezielle DNA-Moleküle erlauben den gleichzeitigen Nachweis vieler unterschiedlicher Eiweißmoleküle

(v.l.n.r.) Dr. Nathalie von Siemens, Dr. Nicholas Bell, Dr. Ulrich Keyser, Prof. Dr. Joachim Ullrich

Nicholas A. W. Bell, 1986 in London geboren, studierte Physik am Jesus College der Universität Cambridge und promovierte 2014 in der Gruppe von Dr. Ulrich Keyser. Gegenwärtig arbeitet er als Postdoktorand an der Cambridge University.

Ulrich F. Keyser wurde 1975 in Braunschweig geboren. Er hat Physik an der Technischen Universität Braunschweig und an der Leibniz Universität Hannover studiert. Nach dem Physikdiplom 1999 wurde er 2002 an der Universität Hannover promoviert. In 2016 erfolgte die Berufung zum Professor in Applied Physics am Cavendish Laboratory der University of Cambridge, UK.

Die Entschlüsselung des Erbgutes ist eines der spektakulärsten Forschungsgebiete der biologischen Wissenschaft. Die Gene der DNA enthalten die Information zum Bau verschiedenster Eiweiße, der Proteine. Ein etabliertes Verfahren, Proteine ohne vorherige chemische Veränderung zu identifizieren, verwendet sogenannte Nanoporen. Das sind winzige Kanäle in einer Membran mit jeweils einem unvorstellbar kleinen Volumen von etwa 10-24 m3.

Eine bahnbrechende Neuerung auf dem Gebiet der Molekülmessung mit Nanoporen ist den Forschern um Nicholas A. W. Bell und Ulrich Keyser vom Cavendish Laboratory der Universität Cambridge mit der Arbeit "Digitally encoded DNA nanostructures for multiplexed, single-molecule Protein sensing with nanopores" gelungen. Sie kombinierten das klassische Verfahren mit einer neuartigen Nachweismethode und wurden für ihre Arbeit in der ausgeschriebenen Kategorie "Präzisionsmessung in der angewandten Messtechnik in den Bereichen Physik, Chemie und Medizin" mit dem Helmholtz-Preis 2016 ausgezeichnet, der mit 20.000 € dotiert war.

Dazu stellten die Wissenschaftler eine Bibliothek aus maßgeschneiderten, gefalteten DNA-Molekülen (DNA-Origami) her, die jeweils über einen molekularen Barcode genau ein Protein an sich binden können. Diese können dann mit 94%-iger Sicherheit über elektrische Messmethoden identifiziert werden. Neben der sehr hohen Selektivität können mit Hilfe des neuen Verfahrens erstmals bis zu vier verschiedene Proteine, simultan erkannt werden.

Die Herstellung der Nanoporen für dieses neue Verfahren ist wesentlich einfacher als für klassische Verfahren, da die Nanoporen universell eingesetzt werden können und nicht mehr für jedes zu identifizierende Protein angepasst werden müssen. Die Detektionsmethode funktioniert rein elektrisch und ist daher ideal für eine Miniaturisierung geeignet. Denkbar ist der Einsatz in Lab-on-a-chip-Systemen oder als tragbare Sensoren, quasi als Protein-Analyse für die Hosentasche.

Literature

N. A. W. Bell and U. F. Keyser: Digitally encoded DNA nanostructures for multiplexed, single-molecule protein sensing with nanopores. Nature Nanotechnology 11, (2016), 645, http://dx.doi.org/10.1038/nnano.2016.50