Vitalitätserhaltende Markierung von Spermien mit einer Y-chromosomenspezifischen Gensequenz durch lasergenerierte Goldnanopartikel-Biokonjugate

• Applicants: Professor Dr.-Ing. Stephan Barcikowski; Professor Dr. Detlef Rath
• Subject Area: Animal Breeding, Animal Nutrition, Animal Husbandry
• Term: from 2012 to 2016
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 213561943

Für die Markierung von Strukturen in vitalen Zellen sind Biomolekül-funktionalisierte Goldnanopartikel (GNP) Fluorochromen deutlich überlegen, da sie dank Plasmonenresonanz (PR)-Verstärkung bei unlimitierter Photostabilität schon in geringer Konzentration und niedriger Anregungsintensität detektiertbar sind. So ist die Detektion des Streulichtes einzelner Partikel möglich. Für das rationelle Design intrazellulärer Nanomarker ist das Wissen um den Einfluss sterischer und elektrochemischer Eigenschaften der GNP-Konjugate auf ihre Funktionalität (Affinität zur Zielstruktur, Membrangängigkeit) essentiell. Dies soll am Beispiel von GNP-markierten Oligonukleotidsonden zur In vivo-Markierung von Y-chromosomspezifischen Gensequenzen in Spermien systematisch erforscht werden. Dabei soll die Spezifität der Detektion durch Aggregation der GNP an spezifischen DNASequenzen erreicht werden, was eine bathochrome Verschiebung des Extinktionsspektrums durch PRKopplung auslöst. In Vorarbeiten wurden geeignete DNA-Zielsequenzen identifiziert und die Translokation der GNP durch die Spermienmembran belegt. Die Synthese der GNP erfolgt mittels Laserablation in Biomoleküllösungen unter Variation von Partikelgröße, Belegungsgrad und Zetapotenzial. Durch die Anpassung des GNP-Designs soll die Funktionalität der Sonde optimiert werden. Die entwickelten Zusammenhänge zwischen physikochemischen Eigenschaften der Biokonjugate und der Funktionalität im biologischen System sind beispielhaft und von grundlegender Bedeutung für die Weiterentwicklung auf Nanomarkern beruhender Identifizierungsverfahren.

• DFG Programme: Research Grants