Biomimetische Rezeptoren auf NanoMIP-Basis zur Virenerkennung und -entfernung mittels integrierter Ansätze

Description: Etwa 884 Millionen Menschen, was etwa 13% der Weltbevölkerung ausmacht, haben keinen Zugang zu sauberem Trinkwasser. Die hierdurch verursachten Krankheiten haben Millionen von Todesfällen zur Folge. Der Zugang zu sicherem Trinkwasser kann diese Zahl erheblich reduzieren und die globale Gesundheit erhöhen. Viren sind eine der häufigsten pathogenen Verunreinigungen im Wasser. Sie sind schon in geringe Konzentrationen ansteckend und zudem über längere Zeit in der Umwelt stabil. Der Nachweis von Viren im Wasser erfordert qualifiziertes Personal und spezialisierte analytische Methoden. Die Sensibilität der heutigen Techniken reicht für Forscher jedoch nicht aus, um Proben zu generiesen, die vollständig frei von Viren sind. Daher zielt dieses Projekt darauf ab, biomimetische Rezeptoren zu entwickeln, die in der Biosensor-basierten Viruserkennung verwendet werden sollen, und zudem in chromatographische Säulen und Membranfilter zur Virusentfernung eingebettet werden können. Das Projekt verbindet mathematische Modellierung und experimentelle Forschung, um den Erfolg von Epitop-Chips und chromatographischen Säulen/Membranfiltern zu erhöhen. Um hochwirksame Rezeptoren für die Viruserkennung und -erfassung zu erhalten, werden Proteine der Virusoberfläche unter Verwendung molekularer dynamischer Berechnungen simuliert. Stabilität und Konformationsänderungen der Bindungsregionen (Epitope) werden unter verschiedenen Bedingungen bestimmt, da das Verhalten biologischer Moleküle eine wichtige Rolle für ihren Wirkmechanismus spielt. Computersimulationen werden ebenfalls für das Design von Rezeptoren durchgeführt, um Herstellungsprotokolle zu optimieren. Die Rezeptoren werden dann für die Epitope unter Verwendung einer innovativen molekularen Prägetechnik synthetisiert. Biomimetik-Epitop-Rezeptoren werden für die Entwicklung von Epitop-Chips für Sensoren verwendet. Epitop-Chips werden in elektrochemischen und optischen Biosensoren eingebaut, die dadurch in der Lage sind das gesamte Virus über Epitop-Regionen zu erfassen. Die Bindungswechselwirkungen zwischen jedem Epitop-Rezeptor und Virus werden anhand von Sensor-Ergebnissen bestimmt. Die biomimetischen Rezeptoren mit hoher Affinität werden dann in chromatographische Säulen und Membranfilter für die Virusbindung und -entfernung eingebettet. Das vorgeschlagene Projekt kann zur Lösung globaler Gesundheitsprobleme beitragen, indem es empfindliche und einfach zu bedienende Erkennungs-/Entfernungsprinzipien für Viren anbietet. Heute gibt es in der Forschung viele Biosensor-Geräte auf dem Markt. Allerdings sind diese noch weit entfernt von der breiten Anwendung, sehr teuer und benötigen eine gut ausgebildete Person, um Analysen durchzuführen. Die entwickelten Epitop-Chips werden diese Lücken füllen, da sie in jedes Biosensor-Gerät integriert werden können. Der Erfolg des Projekts in chromatographischen Säulen- und Membranfilteranwendungen wird vor allem in Entwicklungsländern einen enormen Auswirkung haben.

SupportProgram

Origins: /Bund/UBA/UFORDAT

Tags: Tierhaltungsanlage ? Lack ? Biosensor ? Biopharmazeutikum ? Rohwasser ? Sensor ? Filter ? Membranfiltration ? Analyseverfahren ? Entwicklungsland ? Marktforschung ? Trinkwasser ? Virus ? Öffentliche Gesundheit ? Wasserverschmutzung ? Modellierung ? Forschung und Entwicklung ? Weltbevölkerung ? Krankheit ? Krankheitserreger ? Partikel ? Wasser ? Nachweisgrenze ?

Region: Schleswig-Holstein

Bounding boxes: 9.75° .. 9.75° x 54.2° .. 54.2°

License: cc-by-nc-nd/4.0

Language: Deutsch

Organisations

• Christian-Albrechts-Universität zu Kiel, Institut für Materialwissenschaft (Projektverantwortung)
• Deutsche Forschungsgemeinschaft (Finanzielle Förderung)
• Umweltbundesamt (Bereitstellung)

Time ranges: 2019-01-01 - 2024-12-31

Alternatives

• Language: Englisch/English
  Title: NanoMIP based biomimetic receptors for virus detection and removal using integrated approaches
  Description: Approximately 884 million people lack access to sanitary drinking water which accounts for roughly 13% of global population. As a consequence, this causes the death of millions of people every year due to the contraction of waterborne diseases. Increasing access tosafe, clean drinking water can significantly reduce deaths and increase global public health. Viruses are one of the most pathogenic contaminants found in water sources. Even few virus particles are infectious and they are stable in environment for extended periods of time. Virus detection in water requires qualified personnel and specialized analytical methods. The detection limits of these techniques are not enough for researchers to conclude that a sample is completely free of viruses. Therefore, this project aims to develop biomimetic receptors to be used in biosensor-based virus detection and also to be embedded into chromatographic columns and membrane filters for virus removal. The project will tightly connect computational and experimental research to increase the success of epitope chips and receptor embedded chromatographic columns/membrane filters. Thus, to obtain highly efficient receptors for virus sensing and capture, the protein coats on virus surfaces will be simulated using molecular dynamic calculations. The stability and conformational changes of the binding regions (epitopes) will be determined in these circumstances since the behavior of biological molecules plays important role for their mechanism of action and molecular interaction. Computational simulations will also be carried out for receptor design to determine the optimal manufacturing recipes. The receptors will be then synthesized for the epitopes using an innovative molecular imprinting technique. The biomimetic-epitope receptors will be used for the development of epitope-chips for sensors. The epitope-chips will be incorporated in/to electrochemical and optical biosensors and they will be capable of sensing whole virus via epitope regions. The binding interactions between each epitope-receptor and virus will be determined based on sensor results. The high affinity receptors will be then embedded into chromatographic columns and membrane filters for virus capture and removal, respectively. The proposed project may contribute to the solution for global health problems by offering sensitive and easy-to-use detection/removal principles for viruses. Today, there are a lot of biosensor devices on the market for research and development. However, they are still far away from fieldwork, very expensive and they require a well-trained person to conduct analyses. The developed epitope-chips will fill these gaps as they will be integrated into any biosensor device. The success of the project in chromatographic column and membrane filter applications will have an immense impact, particularly in developing countries. https://ufordat.uba.de/UFORDAT/pages/PublicRedirect.aspx?TYP=PR&DSNR=1118757

Status

Aktiv

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