Die Porengröße allein spielt keine Rolle, wenn biologische Nanoporen als Biosensoren der Zuckerkette fungieren.

Protein-Nanoporen sind in Zellmembranen vorhanden und fungieren als biologische Gateways. Damit können sie auch zum Nachweis spezifischer bioaktiver Molekülketten, wie z.B. Zuckerketten, wie z.B. Moleküle aus der Familie der Glykosaminoglykane eingesetzt werden. Letztere sind für die wichtigsten Wechselwirkungen auf zellulärer Ebene verantwortlich. Sie vermitteln typischerweise Wechselwirkungen mit Zelloberflächen oder mit Proteinen, was zur Aktivierung physiologischer und pathologischer Effekte in der Embryonalentwicklung, Zellwachstum und -differenzierung, Entzündungsreaktion, Tumorwachstum und mikrobieller Infektion führt. Die Verwendung von Nanoporen wie Biosensoren erfordert ein vollständiges Verständnis der komplizierten Mechanismen, die beim Durchlaufen von Zuckerketten auftreten.

In einer neuen Studie, die in der EPJ E veröffentlicht wurde, skizzieren Aziz Fennouri von der Paris-Saclay University in Evry, Frankreich, und Kollegen die wichtigsten Kriterien für die Wirksamkeit von zwei Arten von Nanoporen beim Nachweis von Zuckerketten.

Insbesondere untersuchen die Autoren, wie zwei 10 Nanometer breite Protein-Nanoporen – namentlich α-Hämolysin (α-HL) von Staphylococcus aureus und Aerolysin (AeL) von Aeromonas hydrophila – die Fähigkeit von Zuckerkettenkomponenten großer Biomoleküle, wie beispielsweise Hyaluronsäure, durch die Nanoporen zu gelangen, beeinflussen.

Die Autoren stellen fest, dass, wenn die Zuckerketten aus dem breiten Ende des Trichters, der jede Pore bildet, eintreten, AeL verwendet werden kann, um kurze Zuckerketten zu erkennen. Im Gegensatz dazu erkennt α-HL solche kurzen Ketten nicht, weil sie die Nanopore zu schnell passieren. Das Gegenteil geschieht, wenn Zuckerketten am dünnen Ende der trichterförmigen Pore platziert werden.

Diese Ergebnisse zeigen, dass die Wahl der Nanopore, mit der die Biosensorik durchgeführt wird, von entscheidender Bedeutung ist. Bei der Entwicklung von Biosensoren müssen andere Kriterien als der Innendurchmesser der Pore berücksichtigt werden, um sie dann für den Nachweis geeignet zu machen. Weitere zu berücksichtigende Parameter sind die Ladungsrepartition innerhalb der Pore, mögliche Wechselwirkungen an der Innenwand des Porenkanals und die Geometrie des Porenkanals.

Mehr Informationen:
Aziz Fennouri et al, Comparative Biosensing of Glycosaminoglycan hyaluronic acid oligo- and polysaccharides using aerolysin and $ alpha$α-hemolysin nanopores⋆, The European Physical Journal E (2018). DOI: 10.1140/epje/i2018-11733-5

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