Virale RNA-Protein Interaktion auf Graphen basierten Feldeffekttransistoren als neue Strategie für die Überwachung von Virusaufkommen

• Antragstellerin: Professorin Dr. Antje Bäumner
• Fachliche Zuordnung: Analytische Chemie
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 533764362

Viren sind kleine, infektiöse biologische Partikel, deren RNA oder DNA Genom mit einer schützenden Proteinhülle umgeben ist. Viren haben unterschiedliche Formen, Größen, und Zusammensetzungen mit unterschiedlich leicht mutierbaren Epitopen. Die Entwicklung eines universellen und einfachen Verfahrens, um Viren nachzuweisen, ist deshalb sehr schwierig. Goldstandardmethoden sind neben Zellkulturanalysen die Polymerase Kettenreaktion (PCR) bzw. die Reverse-Transkriptase PCR (RT-PCR). Doch können hiermit natürlich nur bekannte Nukleinsäuresequenzen und somit bekannte Viren nachgewiesen werden. Als universeller Biomarker für die Präsenz von Viren wurde lange, doppelsträngige RNA (dsRNA) identifiziert und wird in der Tat bei Infektionen als Virenbiomarker verwendet. Wenn lytische Viren Zellen infizieren, vermehren sie sich als Parasiten, d.h. sie bringen die Zelle dazu, Viren RNA und Virenproteine herzustellen, die in die Umgebung abgegeben werden. Im Gegensatz zur menschlichen RNA, welche lange einsträngige RNA (ssRNA) und kurze dsRNA enthält, ist virale dsRNA > 40 Basenpaare lang und in hoher Konzentration während der Virenreplikation vorhanden. Somit ist dsRNA ein sehr guter, allgemeiner viraler Biomarker. Dessen Nachweis ist jedoch derzeit mit Hilfe von dsRNA-spezifischen Antikörpern und Immunofluoreszenzmikroskopie zeitaufwendig und teuer. Obwohl dsRNA sich sehr gut als Biomarker für die allgemeine Überwachung von Virenvorkommen eignet, gibt es bisher erstaunlich wenige Forschungsstudien, um diese für Detektionen einzusetzen. Wir denken, dass dies an fehlendem, grundsätzlichem Wissen in Bezug auf dsRNA – Protein-Interaktionen liegt, welches notwendig ist, um deren Evolution and Anpassung an bestimmte Zelltypen und an die direkte Umgebung verstehen und auch entsprechende Detektionssysteme aufbauen zu können. G-Virals setzt genau hier an, indem es sich auf die außergewöhnliche Interaktion von dsRNA und dem Protein B2 fokussiert. Diese bindenden Proteine werden in ein Panel unterschiedlich aufgebauter graphenbasierter Feld-Effekt-Transistoren (gFETs) integriert. Hierdurch können gezielte Bindungsstudien durchgeführt werden. Die gFETs werden zusammen mit einem Probenvorbereitungsmodul in einen mikrofluidischen Chip eingebaut, um am Ende als vor-Ort Biosensor die virale dsRNA zu quantifizieren. Neben der Hauptentwicklung dieses miniaturisierten bioanalytischen Systems wird flash Joulheizen von Plastikabfallprodukten für die nachhaltige Produktion von Graphentinte entwickelt. Schließlich werden Parameter identifiziert, mit denen allgemein Virenvorkommen überwacht werden können. So werden positive Proben anschließend mit qRT-PCR und 3. Generation Sequenzierung (d.h. Nanoporentechnologie) gemessen, um vorkommende Viren zu identifizieren. G-Virals legt somit den Grundstein zu einer ersten, universell einsetzbaren Strategie, um die Präsenz von Viren nachzuweisen und neuauftretende Viren ausfindig zu machen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Belgien, Frankreich, Slowakei
• Kooperationspartnerinnen / Kooperationspartner: Privatdozentin Dr. Adriana Annusová; Professor Dr. Sorin Melinte; Professorin Hyacinthe Randriamahazaka, Ph.D.; Professor Dr. Christophe Ritzenthaler; Professorin Sabine Szunerits, Ph.D.