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Forschende der Universität Basel und der Fachhochschule Nordwestschweiz (FHNW) haben eine Methode entwickelt, um mithilfe eines neuartigen nanotechnologischen Verfahrens Viren zu erkennen. Das Verfahren könnte zur Herstellung von Viren, aber auch zur Diagnostik und Therapie verschiedener Krankheiten eingesetzt werden. Die Ergebnisse der Arbeiten werden in der aktuellen Ausgabe des Wissenschaftsmagazins «Nature Communication» veröffentlicht.

Der wesentliche Vorteil des neuen Verfahrens besteht darin, dass die Forschenden damit mit Viren, also verhältnismässig grossen Biomolekülen, arbeiten können und dass nicht nur kleine Moleküle erkannt werden. Zudem ist die Virenerkennung genauer. Methoden, die kleine Moleküle erfassen können, gibt es viele – die relativ grossen Viren sind mit Nanomaterialien deutlich schwieriger nachzuweisen.

Partikel mit Virus-Muster
Prof. Patrick Shahgaldian von der FHNW und sein Team haben nun eine Methode entwickelt, um Partikel herzustellen, die das Muster eines Virus auf der Oberfläche tragen. Dazu stellen die Wissenschaftler Abdrücke von natürlichen Viren in einem künstlichen Material her. Sie entfernen darauf die Viren, und zurück bleibt ein Abdruck, der gleiche Viren sowohl an der Form wie auch an den chemischen Eigenschaften erkennen und auch binden kann.

Konkret binden die Forschenden zunächst Viren an eine Nanokugel aus Silizium und geben danach eine Mischung aus Kohlenstoff und Silizium (Organosilane) dazu. Diese Organosilane haben Ähnlichkeiten mit Aminosäuren, den Bausteinen der Proteine, aus denen die Virenhülle besteht. Sie bilden eine dünne Schicht um die Siliziumkugel und um die Viren, deren Dicke genau kontrolliert werden kann. Ist die gewünschte Schichtdicke erreicht, werden die Viren abgeschüttelt, worauf die Oberfläche mit den Virenabdrücken zurückbleibt.

Viren binden an Partikel
Die Forschenden können die Grösse der Virenabdrücke selbst bestimmen und dabei festlegen, wie viele Kontaktpunkte das Material mit den Viren haben soll. Damit bestimmen sie, wie stark ein zu erkennender Virus später an den Abdruck binden soll. Die spezielle Zusammensetzung der Organosilane ermöglicht etwa den selektiven Nachweis von sehr geringen Virenkonzentrationen im Wasser.

Weiterführende Experimente haben gezeigt, dass die Methode auch in schmutzigen Lösungen funktioniert. Die Bindungsstellen erkennen und binden selektiv nur die von den Wissenschaftlern gewünschten Viren. Die Forschenden vom Swiss Nanoscience Institute (SNI) an der Universität Basel haben damit einen Meilenstein in der Herstellung von künstlichen Materialien zur Erkennung und Bindung von Viren erreicht.

Originalbeitrag
Alessandro Cumbo, Bernard Lorber, Philippe F.-X. Corvini, Wolfgang Meier & Patrick Shahgaldian A synthetic nanomaterial for virus recognition produced by surface imprinting Nature Communications 4, Article number: 1503 | doi:10.1038/ncomms2529

Quelle: Universität Basel