Die Universität Luxemburg beteiligt sich an PROTEIN-ID, einem Forschungskonsortium, dessen Ziel die Entwicklung eines Gerätes ist, das es ermöglicht, einen Identifikationsausweis für Proteine zu erstellen. Im Rahmen des neu finanzierten Projekts soll eine Methode entwickelt werden, mit der Proteine in Echtzeit erkannt und mithilfe von spektroskopischen Techniken, künstlicher Intelligenz und Sensoren im Nanometerbereich identifiziert werden können.
Die Funktion des Geräts könnte in der medizinischen Diagnostik, der Genomik und der Identifizierung von biologischen Erregern wie dem SARS-CoV-2-Virus eingesetzt werden. PROTEIN-ID wird vom IIT-Istituto Italiano di Tecnologia koordiniert und umfasst sieben europäische Forschungsinstitute und Universitäten. Das Projekt wird von der Europäischen Union mit 3 Millionen Euro über 3 Jahre finanziert.
Menschliche Proteine und wo sie zu finden sind
Das Ziel von PROTEIN-ID ist Teil internationaler wissenschaftlichen Anstrengungen, einen vollständigen Atlas menschlicher Proteine (das Proteom) zu erstellen, jedoch mit dem spezifischen Ziel zu ermitteln, welche Proteine im menschlichen Körper vorhanden sind – und nicht nur auf Genomebene kodiert. Dieses Wissen ist entscheidend, um das Entstehung möglicher Krankheiten vorherzusagen.
Das Forschungskonsortium PROTEIN-ID plant die Schaffung einer technologischen Plattform, die in der Lage ist, die einzelnen Aminosäuren, aus denen Proteine bestehen, zu „lesen“ und anhand ihrer Sequenz die Identität des Proteins zu erkennen. Jedes Protein zeichnet sich durch eine präzise Kombination kettenförmig angeordneter Aminosäuren aus. Für das Gerät reicht es aus, die Sequenz von nur wenigen Aminosäuren in der Kette zu erfassen, denn maschinelle Lerntechniken helfen dabei, die Aufzeichnung mit der Proteindatenbank abzugleichen, um die Übereinstimmung zu identifizieren.
Dr. Nicolò Maccaferri / Prof. Alexandre Tkatchenko
Ultraschnelle Raman Technologie
Die Empfindlichkeit des Instruments wird durch die Raman-Spektroskopie – eine nicht-destruktive chemische Analysetechnik – in Kombination mit der Wirkung eines nanometrischen Sensors gewährleistet, der die einzelnen Aminosäuren mit Plasmonen optisch anregen und ihre Reaktion messen kann. Das Gerät zeichnet präzise den Passiervorgang einer Aminosäure auf, der in einer Mikrosekunde stattfindet. In dieser Mikrosekunde wird die Aminosäure vom Plasmon beleuchtet und ihre Reaktion – das Raman-Signal – wird aufgezeichnet. Die Abfolge der Antwortsignale stellt den spektroskopischen Fingerabdruck des Proteins dar, aus dem sich somit seine Identität ableiten lässt.
An der Universität Luxemburg wird sich ein von Dr. Nicolò Maccaferri und Prof. Alexandre Tkatchenko koordiniertes Team auf die experimentelle Charakterisierung und Optimierung von Schlüsselkomponenten dieser neuen Technologie sowie auf das theoretische Verständnis grundlegender physikalischer und chemischer Mechanismen auf Nanoebene konzentrieren, die ablaufen, wenn Proteine in einem extrem begrenzten und verstärkten Lichtfeld schweben.