Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Technologie zur Vervielfältigung von Gensequenzen um Echtzeitdetektion erweitert

09.07.2010
Die Polymerase Chain Reaction (PCR) ermöglicht als einzige Technologie, Gensequenzen für Vergleiche wie Vaterschaftstests, in der Phorensik oder als Erregernachweis oder Nach­weise für die Medikamentenforschung, die Spurenanalyse etc. zu vervielfältigen.

Ein neu­artiger Probenträger, ein Echtzeit-Detektionsverfahren und das entsprechende Laborgerät für ein neuartiges PCR-Verfahren entwickelten Wissenschaftler des Fraunhofer IPA im Rahmen eines vom BMBF geförderten Kooperationsprojekts. Das array-basierte Polymerase-Ketten­reaktionverfahren weist gegenüber etablierten Verfahren eine 100- bis 10 000-fach höhere Aussagekraft auf.

Gegenwärtige Entwicklungen auf dem PCR-Markt zielen auf schnellere Analysen, niedrigere Probenvolumina (Kosten) und bessere Automatisierbarkeit ab, stoßen aber zu­mindest hinsichtlich der Zeit und der Volumina an physikalische Grenzen, weshalb bei ihrer Effizienz keine großen Steigerungen zu erwarten sind.

Etablierte Echtzeit-PCR-Verfahren können in einer 25-µl-Probe die Ausgangskopienzahl von ein bis sechs DNA-Bruchstücken (oder Gensequenzen) bestimmen. Das patentierte Nested-on-Chip-PCR-Verfahren (NOC-PCR-Verfahren), bei dem die 25-µl-Probe über einen Micro-Array mit bis zu 10 000 Punkten pipettiert wird, kann durch die so ge­won­nene Ortsauflösung die DNA-Probe auf bis zu 10 000 Eigenschaften oder Gensequenzen untersuchen. Leider ist hierbei bisher keine Beobachtung in Echtzeit und damit keine Bestimmung der Ausgangskopienzahl, sondern nur eine binäre Aussage, d. h. ob eine Gensequenz in der Probe vorhanden ist oder nicht, möglich gewesen.

Ziel des Projekts war es also, das existierende und äußerst vielversprechende NOC-PCR-Verfahren um eine Echtzeitdetektion zu erweitern. Dieses Ziel wurde von den Projekt­partnern Baden Biotech, Clemens GmbH, Boehringer Ingelheim MicroParts, Congen Biotechnologie GmbH und dem Fraunhofer IPA verfolgt. Das Fraunhofer IPA zeichnete hierbei für die Entwicklung des Probenträgers, der optischen Detektionseinheit und die Gesamtintegration verantwortlich.

Eine besondere Schwierigkeit bei der Entwicklung bereitete das Detektionsverfahren. Bei der hier gegebenen Anordnung von gedruckten Punkten und der flüssigen Probe darüber konnten die üblichen Verfahren nicht eingesetzt werden. Denn die flüssige Probe oder der Überstand enthalten dieselben durch Laser anregbare Leuchtmoleküle, so genannte Fluorophore, wie die nachzuweisenden, an die gedruckten Punkte gebundenen Reaktionsprodukte. So sind Reaktionsprodukte und Ausgangsstoffe nicht voneinander zu unterscheiden, entsprechend ist auch keine Analyse möglich.

In einem ersten Schritt haben die Forscher des Fraunhofer IPA verhindert, dass das Laserlicht in den Überstand eindringt und so die Flüssigkeit zum Leuchten anregt. Aufgrund eines physikalischen Phänomens ist die Strahlung in einer ganz dünnen, ca. 500 Milliardstel Meter dicken Schicht noch immer stark genug, um die Fluorophore anzuregen. So wird sichergestellt, dass nur die Reaktions­pro­dukte in den Punkten, nicht aber die Flüssigkeit darüber leuchten. Die Leuchtintensität in den einzelnen Punkten hängt nun davon ab, wie viele passende Gensequenzen in der Probe waren und wie oft diese vervielfältigt wurden.

Aus der zeitabhängigen Fluoreszenz der einzelnen Punkte, die mit einem Kamerasystem gemessen wird, kann dann auf die Ausgangskopienzahl von bis zu 10 000 Gensequenzen in einer einzigen 25-µl-Probe geschlossen werden.

Im Projekt wurden ein für diese Anordnung und diese Messmethode ausgelegter Probenträger oder Chip, eine optische Detektionseinheit und der dafür geeignete PCR-Cycler und die entsprechende Steuer- und Auswertesoftware ent­wickelt. In einem nächsten Schritt werden Gerät und Verfahren am Fraunhofer IPA optimiert und auf ihre Leistungsfähigkeit untersucht.

Ihr Ansprechpartner für weitere Informationen:
Dipl.-Phys. Axel Wechsler
Telefon +49 711 970-1581
axel.wechsler@ipa.fraunhofer.de

Hubert Grosser | Fraunhofer-Institut
Weitere Informationen:
http://www.ipa.fraunhofer.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Eine Karte der Zellkraftwerke
18.08.2017 | Albert-Ludwigs-Universität Freiburg im Breisgau

nachricht Chronische Infektionen aushebeln: Ein neuer Wirkstoff auf dem Weg in die Entwicklung
18.08.2017 | Deutsches Zentrum für Infektionsforschung

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Biowissenschaften Chemie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Unterwasserroboter soll nach einem Jahr in der arktischen Tiefsee auftauchen

Am Dienstag, den 22. August wird das Forschungsschiff Polarstern im norwegischen Tromsø zu einer besonderen Expedition in die Arktis starten: Der autonome Unterwasserroboter TRAMPER soll nach einem Jahr Einsatzzeit am arktischen Tiefseeboden auftauchen. Dieses Gerät und weitere robotische Systeme, die Tiefsee- und Weltraumforscher im Rahmen der Helmholtz-Allianz ROBEX gemeinsam entwickelt haben, werden nun knapp drei Wochen lang unter Realbedingungen getestet. ROBEX hat das Ziel, neue Technologien für die Erkundung schwer erreichbarer Gebiete mit extremen Umweltbedingungen zu entwickeln.

„Auftauchen wird der TRAMPER“, sagt Dr. Frank Wenzhöfer vom Alfred-Wegener-Institut, Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung (AWI) selbstbewusst. Der...

Im Focus: Mit Barcodes der Zellentwicklung auf der Spur

Darüber, wie sich Blutzellen entwickeln, existieren verschiedene Auffassungen – sie basieren jedoch fast ausschließlich auf Experimenten, die lediglich Momentaufnahmen widerspiegeln. Wissenschaftler des Deutschen Krebsforschungszentrums stellen nun im Fachjournal Nature eine neue Technik vor, mit der sich das Geschehen dynamisch erfassen lässt: Mithilfe eines „Zufallsgenerators“ versehen sie Blutstammzellen mit genetischen Barcodes und können so verfolgen, welche Zelltypen aus der Stammzelle hervorgehen. Diese Technik erlaubt künftig völlig neue Einblicke in die Entwicklung unterschiedlicher Gewebe sowie in die Krebsentstehung.

Wie entsteht die Vielzahl verschiedener Zelltypen im Blut? Diese Frage beschäftigt Wissenschaftler schon lange. Nach der klassischen Vorstellung fächern sich...

Im Focus: Fizzy soda water could be key to clean manufacture of flat wonder material: Graphene

Whether you call it effervescent, fizzy, or sparkling, carbonated water is making a comeback as a beverage. Aside from quenching thirst, researchers at the University of Illinois at Urbana-Champaign have discovered a new use for these "bubbly" concoctions that will have major impact on the manufacturer of the world's thinnest, flattest, and one most useful materials -- graphene.

As graphene's popularity grows as an advanced "wonder" material, the speed and quality at which it can be manufactured will be paramount. With that in mind,...

Im Focus: Forscher entwickeln maisförmigen Arzneimittel-Transporter zum Inhalieren

Er sieht aus wie ein Maiskolben, ist winzig wie ein Bakterium und kann einen Wirkstoff direkt in die Lungenzellen liefern: Das zylinderförmige Vehikel für Arzneistoffe, das Pharmazeuten der Universität des Saarlandes entwickelt haben, kann inhaliert werden. Professor Marc Schneider und sein Team machen sich dabei die körpereigene Abwehr zunutze: Makrophagen, die Fresszellen des Immunsystems, fressen den gesundheitlich unbedenklichen „Nano-Mais“ und setzen dabei den in ihm enthaltenen Wirkstoff frei. Bei ihrer Forschung arbeiteten die Pharmazeuten mit Forschern der Medizinischen Fakultät der Saar-Uni, des Leibniz-Instituts für Neue Materialien und der Universität Marburg zusammen Ihre Forschungsergebnisse veröffentlichten die Wissenschaftler in der Fachzeitschrift Advanced Healthcare Materials. DOI: 10.1002/adhm.201700478

Ein Medikament wirkt nur, wenn es dort ankommt, wo es wirken soll. Wird ein Mittel inhaliert, muss der Wirkstoff in der Lunge zuerst die Hindernisse...

Im Focus: Exotische Quantenzustände: Physiker erzeugen erstmals optische „Töpfe" für ein Super-Photon

Physikern der Universität Bonn ist es gelungen, optische Mulden und komplexere Muster zu erzeugen, in die das Licht eines Bose-Einstein-Kondensates fließt. Die Herstellung solch sehr verlustarmer Strukturen für Licht ist eine Voraussetzung für komplexe Schaltkreise für Licht, beispielsweise für die Quanteninformationsverarbeitung einer neuen Computergeneration. Die Wissenschaftler stellen nun ihre Ergebnisse im Fachjournal „Nature Photonics“ vor.

Lichtteilchen (Photonen) kommen als winzige, unteilbare Portionen vor. Viele Tausend dieser Licht-Portionen lassen sich zu einem einzigen Super-Photon...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

European Conference on Eye Movements: Internationale Tagung an der Bergischen Universität Wuppertal

18.08.2017 | Veranstaltungen

Einblicke ins menschliche Denken

17.08.2017 | Veranstaltungen

Eröffnung der INC.worX-Erlebniswelt während der Technologie- und Innovationsmanagement-Tagung 2017

16.08.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Eine Karte der Zellkraftwerke

18.08.2017 | Biowissenschaften Chemie

Chronische Infektionen aushebeln: Ein neuer Wirkstoff auf dem Weg in die Entwicklung

18.08.2017 | Biowissenschaften Chemie

Computer mit Köpfchen

18.08.2017 | Informationstechnologie