Proteinbiomarker

Die AG Proteinbiomarker befasst sich mit der Identifizierung und Validierung von diagnostischen Proteinbiomarkern und therapeutischen Targets sowie mit der Entwicklung und Validierung von Single- und Multiplexassays zu deren Nachweis. Die Identifizierung der Biomarker erfolgt mittels geeigneter Multiomics-Strategien, insbesondere LC-MS, die Validierung mittels ELISA, Westernblot, Peptid- oder Beadarray (Luminex). Die Basis geeigneter immunchemischer Nachweisassays bilden hochaffine monoklonale Antikörper, die i.d.R. in der Arbeitsgruppe selbst entwickelt werden.

Prof. Dr. Stefan Kalkhof leitet neben der Arbeitsgruppe Proteinbiomarker auch  die Forschungsprofessur für instrumentelle Bioanalytik an der Hochschule für angewandte Wissenschaften Coburg. Diese Synergie ermöglicht die Identifizierung und Charakterisierung relevanter Biomarker mittels massenspektrometricher Verfahren, welche dann in der Abteilung Therapievalidierung durch antikörperbasierte Verfahren validiert und für den klinischen Einsatz vorbereitet werden können. 

Verbesserung der Hakenwurmüberwachung durch die Entwicklung eines diagnostischen Schnelltests (»WormShield«)

Der Hakenwurm Ancylostoma caninum angehaftet an der intestinalen Mukosa
© CDC‘s Public Health Image Library

Der Hakenwurm Ancylostoma caninum angehaftet an der intestinalen Mukosa.

Wurminfektionen stellen speziell in tropischen und sub­tropischen Gebieten noch immer eine große gesundheits­relevante Herausforderung dar. Gemäß Statistiken des Zentrums für Krankheitskontrolle und Prävention von 2013 sind allein von Hakenwurminfektionen weltweit mehr als 700 Millionen Menschen betroffen. Dadurch kommt es bis zu 60 000 Todesfällen pro Jahr. Die Infektion erfolgt über Kontakt mit durch Fäkalien kontaminiertem Wasser oder Boden, so dass überwiegend die Landbevölkerung damit zu kämpfen hat. Eine effektive Behandlung kann mittels Albendazol oder Mebendazol erfolgen. Die aktuell zur Diagnostik angewen­deten Methoden (Kato Katz, MiniFLOTAC, McMaster) er­fordern geschultes Personal und eine entsprechende diagnostische Infrastruktur, so dass viele Infektionen erst sehr spät diagnostiziert werden.

Ziel des internationalen Verbundprojekts »WormShield«, welches die Arbeitsgruppe Proteinbiomarker in Zusammen­arbeit mit der Firma BioScientia (Polen), der Cayetano Heredia Universität (Peru) und dem Klinikum Dr. Hugo Mendoza (Dominikanische Republik) bearbeitet, ist es, die Diagnose einer Hakenwurminfektion durch die Entwicklung eines schnellen, spezifischen, sensitiven, robusten und einfach zu handhabenden Lateral-Flow-Assays im klinischen Alltag zu verbessern. Dieser Test soll als Point-of-Care-Diagnostikum weltweit zum Einsatz kommen.

Die Finanzierung des Projekts erfolgt durch die EU im Rahmen der EU-LAC-Health-Initiative zur Förderung der kooperativen Gesundheitsforschung mit Staaten aus Lateinamerika und der Karibik.

Ansprechpartner
Prof. Dr. Stefan Kalkhof

LowAllergen/FoodAllergen – Nachweis von pflanzlichen allergenen Proteinstrukturen mit anschließender Modifikation und der Testung der erfolgreichen Allergenreduktion durch analytische Methoden

Die Häufigkeit der Neuerkrankungen an Nahrungsmittelallergien (Inzidenz) nimmt weltweit zu. Gleichzeitig ist ein Anstieg von nicht-konventionellen Nahrungsmittelzutaten vor allem auf pflanzlicher Basis zu verzeichnen, der dem modernen Trend der ressourcenbewussten Ernährung folgt. Beachtung findet dieser Trend aber auch in Europäischen Richtlinien, die den Verbraucher auf das Allergierisiko aufmerksam machen sollen und vor Folgen der Allergie schützen sollen (LMIV). Das hat zur Folge, dass der Bedarf an verlässlichen Methoden zur Analytik von allergenen Bestandteilen an sich und an Technologien zur Reduktion der entsprechenden allergenen Bestandteile in den letzten Jahren enorm gewachsen ist.

Das Projekt »LowAllergen« und dessen Folge-Projekt »FoodAllergen« beschäftigen sich mit allergenen Lebensmittelzutaten auf pflanzlicher Basis. Ein Teilprojekt zielt auf die Veränderung von Proteinen insoweit ab, dass deren allergenes Potenzial verringert werden soll. Die Voraussetzung dafür sind innovative Technologien zur Modifikation von Proteinen, die in unserem Partner-Institut Fraunhofer IVV entwickelt werden. Im Rahmen des Projekts ist die AG Proteinbiomarker für die Entwicklung antikörperbasierter Testsysteme verantwortlich, die eine quantitative Analyse der allergenen Bestandteile an sich, und nach Anwendung der zu entwickelnden Verfahren, des noch vorhandenen allergenen Potenzials ermöglichen. So konnte im Projekt »LowAllergen« am Beispiel Soja eine Verminderung allergener Komponenten durch Anwendung bestimmter Mikroorganismen in Fermentationsprozessen und Hydrolyse unter Hochdruckanwendung nachgewiesen werden. Im Projekt »FoodAllergen« sollen die Verfahren und Nachweise auf weitere pflanzliche Proteinzutaten ausgedehnt werden, um Technologien zu deren Modifikation und analytische Methoden zum Nachweis der erfolgreichen Allergenreduktion möglichst schnell in die Praxis überführen zu können.

Ansprechpartner
Dr. Elke Ueberham

Entwicklung von Diagnostiktests zur Bestimmung von Biomarkern in Milch und Blut zur Gesundheitsüberwachung in Milchviehbeständen

Im Arbeitsgebiet »Biomarker-basierte Veterinärdiagnostik« werden auf der Grundlage von immunologischen Biomarkern spezifische und sensitive Nachweisverfahren für Milchrinder entwickelt, um erkrankte Tiere möglichst vor dem Auftreten von Krankheitssymptomen in den Beständen zu erkennen. Test-positive Tiere können gezielt einer tierärztlichen Untersuchung mit anschließender Behandlung zugeführt werden. Dadurch lässt sich die Bestandsgesundheit überwachen und optimieren sowie akute Entzündungen und Infektionen durch frühzeitige Therapieansätze vermeiden. Dieses Vorgehen kann mittelfristig die Wirtschaftlichkeit des Betriebes erhöhen. Da Gesundheit und Wohlbefinden der Tiere unmittelbar miteinander verbunden sind, leistet die Entwicklung von Biomarkertests zur Früherkennung von Erkrankungen bei Milchrindern einen nicht zu unterschätzenden Beitrag im Sinne des Tierschutzes und Tierwohls sowie des Schutzes der Verbraucher.

Im Rahmen eines vom (ehemaligen) Bundesministerium für Ernährung, Landwirtschaft und Verbraucherschutz geförderten Verbundvorhabens (On-Farm-Recording_Breeding) wurden im Teilprojekt der Abteilung Therapievalidierung verschiedene Biomarker für die Gesundheitserkennung im Rind identifiziert und charakterisiert. Eine 2015 eingereichte Patentanmeldung wird gegenwärtig auf einen internationalen Schutzstatus erweitert. In gestaffelten Entwicklungsprojekten werden die vielversprechendsten Biomarker-Kandidaten zu validierten Diagnostiktests weiterentwickelt und zusammen mit Industriepartnern zur Marktreife geführt. Ein wesentlicher Nutzen wird der kombinierten Bestimmung von Biomarkern durch Multianalysen eingeräumt, um die beste diagnostische Aussagekraft zu erhalten. Zusammen mit Industriepartnern, tierärztlichen Institutionen und landwirtschaftlichen Betrieben sind wir bestrebt, anwenderfreundliche Produkte zu entwickeln, die die Akzeptanz der Tierhalter gewinnen sowie innovative Produktkonzepte anzubieten, die den Anforderungen einer zukunftsfähigen Landwirtschaft gerecht werden.

Der Diagnostiktest zur Bestimmung von Haptoglobin, einem Haupt-Akute-Phase-Protein des Rindes, befindet sich gegenwärtig in der letzten Stufe der Entwicklung zur Marktreife, der klinischen Validierung. Für die Entwicklung der Nachweistests für weitere Biomarker-Kandidaten bemühen wir uns derzeit um Projektförderung.

Ansprechpartner
Dr. Anke Hoffmann, Dr. Jörg Lehmann

Abgeschlossene Projekte:

  • Projekt »Bronchialkarzinom« im Rahmen des BMBF-Programms »Innovative regionale Wachstumskerne«, Modul »WK Potenzial«

  • Wuchty S, Müller SA, Caufield JH, Häuser R, Aloy P, Kalkhof S, Uetz P. Proteome data improves protein function prediction in the interactome of Helicobacter pylori. Molecular & cellular proteomics 17 (2018), Nr.5, S. 961-973. dx.doi.org/10.1074/mcp.RA117.000474
  • Havenith H, Kern K, Rautenberger P, Spiegel H, Szardenings M, Ueberham E, Lehmann J, Buntru M, Vogel S, Treudler R, Fischer R, Schillberg S. Combination of two epitope identification techniques enables the rational design of soy allergen Gly m 4 mutants. Biotechnology journal 12 (2017), 2, Art. 1600441, 10 S. dx.doi.org/10.1002/biot.201600441
  • Meinlschmidt P, Brode V, Sevenich R, Ueberham E, Schweiggert-Weisz U, Lehmann J, Rauh C, Knorr D, Eisner, P. High pressure processing assisted enzymatic hydrolysis - An innovative approach for the reduction of soy immunoreactivity. Innovative food science & emerging technologies 40 (2017), S. 58-67. dx.doi.org/10.1016/j.ifset.2016.06.022 
  • Meinlschmidt P, Ueberham E, Lehmann J, Schweiggert-Weisz U, Eisner P. Immunoreactivity, sensory and physicochemical properties of fermented soy protein isolate. Food Chemistry. 2016 Aug 15;205:229-38. dx.doi.org/10.1016/j.foodchem.2016.03.016. Epub 2016 Mar 8.
  • Meinlschmidt P, Ueberham E, Lehmann J, Reineke K, Schlüter O, Eisner P, Schweiggert-Weisz U, Knorr D. Application of nonthermal technologies for the mitigation of soy immunoreactivity – pulsed ultraviolet light, - irradiation, and nonthermal atmospheric plasma. Innovative Food Science and Emerging Technologies 2016
  • Zoldan K, Moellmer T, Schneider J, Fueldner C, Knauer J, Lehmann J. Increase of CD25 expression on bovine neutrophils correlates with disease severity in post-partum and early lactating dairy cows. Dev Comp Immunol. 2014 Aug 11;47(2):254-263. dx.doi.org/10.1016/j.dci.2014.08.002. [Epub ahead of print]
  • Wege AK, Schmidt M, Ueberham E, Ponnath M, Ortmann O, Brockhoff G, Lehmann J. Co-transplantation of human hematopoietic stem cells and human breast cancer cells in NSG mice: a novel approach to generate tumor cell specific human antibodies. MAbs. 2014 Jul-Aug;6(4):968-77. dx.doi.org/10.4161/mabs.29111. Epub 2014 May 8
  • Fueldner C, Mittag A, Knauer J, Biskop M, Hepp P, Scholz R, Wagner U, Sack U, Emmrich F, Tárnok A, Lehmann J. Identification and evaluation of novel synovial tissue biomarkers in rheumatoid arthritis by laser scanning cytometry. Arthritis Res Ther. 2012 Jan 17;14(1):R8. dx.doi.org/10.1186/ar3682