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Surface Plasmon Resonance-Biosensoren

Detektion von Protein-

Interaktionen in den Proteomics

DR. WOLFGANG JÄGER, BIACORE AB, HENNEF

Obgleich heute eine große Fülle von Sequenz- und Strukturdaten von Proteinen und biologischen

Molekülen zur Verfügung steht, kann ihre Funktion durch diese statischen Informationen nicht

vollständig beschrieben werden. Das Wissen um die Wechselwirkungen von Biomolekülen und ihren

Interaktionspartnern trägt ergänzend zu einem größeren Verständnis biologischer Prozesse bei, wie

etwa von Signalkaskaden. Diese Molekül-Interaktionen können seit 1990 mit optischen Surface

Plasmon Resonance (SPR)-Biosensoren analysiert werden 1, 2 . Die in Echtzeit arbeitende, markierungsfreie

Technologie ergänzt auf optimale Weise klassisch-biochemische Methoden oder ersetzt diese sogar.

In der Proteom-Forschung ist die Analyse von Protein-Interaktionen der nächste Schritt, wenn man die

über 2D-Gele, Massenspektrometrie (MS) und Datenbank-Suche identifizierten Proteine oder Spots

näher untersuchen möchte. Bindungsstudien beschreiben die Spezifität von Biomolekülen und helfen,

bislang unbekannte Funktionen aufzuklären.

Key Words: SPR, Sensor Chip, Interaktionsanalyse, Biosensorik

Bindungsstudien in Echtzeit

Biosensoren ist aber nicht auf Proteine beschränkt,

sondern umfaßt gleichermaßen

Nukleinsäuren, Lipide, Kohlehydrate, nie-

Biosensor-Analysen 3,4 gestatten schnell und

ohne großen Materialeinsatz Aussagen zu

einer Vielzahl molekularbiologisch wichtiger

Fragen, wie etwa:

Bindet ein Biomolekül an einen zweiten

vorgegebenen Partner

Gibt es Bindungspartner und wo sind

sie lokalisiert – im Rohextrakt, Überstand

oder Serum

Wie hoch ist die Affinität zwischen den

Molekülen

Welcher Kinetik folgt die Bindung

(Komplexbildung und Stabilität)

Bei der Planung des Assays kann jede einzelne

Wechselwirkung direkt auf dem Sensor-Chip

nachgebildet werden. Zusätzlich

ist die Technik hilfreich im Laboralltag,

beispielsweise bei der Suche nach dem richtigen

Hybridom-Klon oder der Säulenfraktion,

die das gewünschte, biologisch aktive

Molekül enthält. Der Einsatz der SPRdermolekulare

Substanzen, wie Pharmazeutika,

Hormone und Vitamine, oder auch

Viren und ganze Zellen 5 .

Surface Plasmon Resonance

Das Funktionsprizip der vergleichbar einfach

zu bedienenden SPR-Biosensoren ist

in Abbildung 1 gezeigt. Exemplarisch werden

in diesem Beitrag die BIACORE ® -Systeme

2 vorgestellt. Deren Grundelemente

sind Sensor-Chips, ein Surface Plasmon

Resonance-Detektor und ein spezielles

Flußsystem 1 . Der optisch arbeitende SPR-

Detektor mißt in Echtzeit, wieviel Material

am Sensor-Chip angelagert ist und gibt die

Daten in Form eines sogenannten Sensorgrammes

am Bildschirm aus (Abb. 2).

Der erste Schritt einer Analyse ist die Beladung

der Sensoroberfläche mit einem biologischen

Molekül. Entsprechende Standard-

Prozeduren dauern 30 bis 60 Minuten, der

Materialeinsatz liegt bei 0,5 bis 2 µg pro

Immobilisierung. Chip-Oberflächen zur

Kopplung fast jeden Biomoleküls sowie von

Lipid-Doppelschichten sind erhältlich.

Abb. 1: Surface Plasmon Resonance.

Das auf der Detektor-Seite eingestrahlte und totalreflektierte Licht führt zu einem elektromagnetischen

Feld von ca. 300 nm Ausdehnung auf der Flußkanal-/Probenseite. Zudem induziert die

Totalreflexion Surface Plasmon Resonanz, also die Resonanz von Elektronen an der Goldoberfläche.

Dadurch entsteht beim reflektierten Licht ein Schattenwurf (grün). Dessen Lage ist direkt

von der Masse abhängig, die innerhalb des elektromagnetischen Feldes an der Probenseite der

Chip-Oberfläche vorliegt. Änderungen von weniger als 1 pg biologischen Materials pro mm 2

werden erfaßt.

|transkript LABORWELT Nr. 4/2000 | 21

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