Gold-Nanopartikel zur Markierung von Proteinen

  • Skizzierte Abbildung: Gold-Nanoantenne mit Protein-Molekülen in Lila. Quelle: Institut für Physikalische Chemie, JGUSkizzierte Abbildung: Gold-Nanoantenne mit Protein-Molekülen in Lila. Quelle: Institut für Physikalische Chemie, JGU

Eine neue Methode zur Beobachtung von Protein-Molekülen mit Nanopartikeln aus Gold wurde von Wissenschaftlern der Johannes Gutenberg-Universität Mainz (JGU) vorgestellt. Die genaue Kenntnis der Dynamik von Proteinen ist wichtig, um die biologischen Funktionen zu verstehen, die auf molekularer Ebene ablaufen. Bisher wurden dazu die Proteine mit fluoreszierenden Stoffen markiert. Dadurch verändert man jedoch das Untersuchungsobjekt und nimmt somit Einfluss auf den biologischen Prozess, den man beobachten möchte.

Die vorgestellte Methode erlaubt es, laut Prof. Dr. Carsten Sönnichsen vom Institut für Physikalische Chemie der JGU, erstmals, beliebige einzelne Proteine ohne Markierung live zu verfolgen. Dadurch bekommt man einen neuen Einblick in molekulare Vorgänge und kann zum Beispiel sehen, wie sehr auf kleinster Ebene alles in ständiger Bewegung ist.

Die Methode der Mainzer Chemiker um Carsten Sönnichsen beruht auf dem Einsatz von Nanopartikeln aus Gold. Die funkelnden Nanoantennen können einzelne, nicht markierte Proteine aufspüren und verändern dann ein klein wenig die Frequenz, also die Farbe. Diese kleine Farbänderung ist mit der Mainzer Technik zu sehen. Technisch gesehen ist dies ein enormer Sprung, da ein bei der Beobachtung von einzelnen Molekülen eine extrem hohe zeitliche Auflösung erreicht wird. So kann der dynamische Vorgang bei der Anbindung eines Protein-Moleküls beispielsweise auf Millisekunden genau verfolgt werden.

Die Möglichkeit, einzelne Protein-Moleküle zu beobachten, eröffnet auch Wege, um völlig Neues anzugehen. So zum Beispiel die Fluktuation der Belegungsdichte zu verfolgen oder den Vorgang der Protein-Adsorption zeitlich aufzulösen. So kann man sehen, wie sich Moleküle bewegen, wie sie an bestimmten Stellen andocken oder wie sich Protein-Moleküle falten. Ein Blick in die molekulare Welt. Die neue Technik könnte nicht nur für die Chemie, sondern auch für die Medizin und Biologie von Bedeutung sein.

Die Arbeit ist im Zusammenhang des Exzellenzclusters Molecularly Controlled Non-Equilibrium (MCNE) ein wichtiger Baustein zur Erforschung von Nicht-Gleichgewichts-Phänomenen auf molekularer Ebene.

Gefördert wurde sie unter anderem durch den ERC Starting Grant „SingleSens".

Das Forschungsgebiet von Sönnichsen „Metall-Nanopartikel als optische Sonden in biologischen Systemen" ist in das Mainzer Exzellenzcluster MCNE integriert, das den wichtigen Schritt in die abschließende Auswahlrunde der Bundesexzellenzinitiative geschafft hat.

Originalliteratur:
Ament I., Prasad J., Henkel A., Schmachtel S., Sönnichsen C.: Single Unlabeled Protein Detection on Individual Plasmonic Nanoparticles, Nano Letters, 23.  Januar 2012, DOI: 10.1021/nl204496g.

http://www.uni-mainz.de/

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