Technische Molekularbiologie

Ziel der Arbeitgruppe ist die Umsetzung von natürlichen biologischen Vorgängen und Systemen in artifizielle Architekturen und Strategien. Dies wird erreicht durch die Isolation von Zellstrukturen und -mechanismen sowie deren Neukombination und Neuorientierung außerhalb ihres natürlichen Umfeldes. So konnten beispielsweise Transmembranproteine als Verankerungen für extrazelluläre Funktionalitäten synthetisiert und funktional in Zellen exprimiert werden.

Weitere Schwerpunkte sind die Generierung von neuen immundominanten Antigenen aus prokaryontischen cDNA-Banken sowie Arbeiten mit antimikrobiellen Peptiden (AMPs). Letztere bieten großes Potenzial bezüglich der Keimlastreduktion von Oberflächen sowie als Alternative zur Anwendung von Antibiotika.

  • Antimikrobielle Peptide zur bioziden Modifikation von Oberflächen
  • Antimikrobielle Peptide als »Capture-Werkzeuge« für die Isolation von Mikroorganismen
  • Naturidentische und artifizielle Antimikrobielle Peptide (Custom-made) für Therapie und Diagnostik (Alternative zu Antibiotika)
  • Antikörperoptimierung und Generierung hochaffiner Binder
  • Prokaryontische cDNA-Bibliotheken
  • Detektion pathogener Keime
  • Schonende Gewinnung von Antigenen aus (pathogenen) Keimen
  • Konstruktion und Generierung multimerer Zinkfinger sowohl gentechnisch als auch aus synthetischen Zinkfingerpetiden
  • Modifikation von Zinkfingern als DNA-Sonden und für die Diagnostik
  • Modifikation von Zinkfingern zu Transkriptionsfaktoren (synthetisch und als Fusionsprotein)
  • Zinkfinger & Bakteriophagen als Therapie (Alternative zu Antibiotika)
  • Nukleinsäurestrukturen (self assembly) auf Oberflächen
  • Biologische Prozesse an/auf Oberflächen (PCR, Transkription, Translation)
  • SNP-Detektion an Oberflächen
  • Pathogen-Detektion an Oberflächen
  • Arbeiten nach GenTSV bis Sicherheitstufe 2
  • Arbeiten nach Infektionsschutzgesetz bis Sicherheitstufe 2, mit behördlicher Genehmigung bis Stufe 3
  • Arbeiten nach Tierseuchenerregerverordnung bis Sicherheitstufe 2
  • Arbeiten mit obligat und fakultativ aeroben und anaeroben Keimen
  • PCR-Analysen
  • C2H2-Zinkfinger-Anwendungen (Strategie, Entwicklung, Konstruktion)
  • Strategieentwicklung für die Biochipanalyse/-diagnostik
  • Nukleinsäure-Tools (Stem-Loop, Hairpin, Grids etc.)
  • Nukleinsäure-Templatedesign für in-vitro-Anwendungen (Bsp. Hybridisierungen)
  • Aminosäure-Templatedesign für in-vitro-Anwendungen (Bsp. Bindungsassays)
  • Alle Anwendungen der klassischen Molekularbiologie

Detektion bakterieller Keime

Neue immundominante Antigene

Im Rahmen dieses Projektes wurde eine Methode entwickelt, die es erlaubt, in kurzer Zeit über generierte prokaryontische cDNA-Bibliotheken neue, stark immunreaktive Proteine (Antigene) aus unterschiedlichen pathogenen Bakterien zu gewinnen. Die so gewonnenen Proteine dienen als Basis für die Entwicklung spezifischer monoklonaler Antikörper und neuer Impfstoffe.

Neue Detektionsmethoden für bakterielle Krankheitserreger

Hierbei werden bakterielle Erreger mit isothermaler Amplifikation in Analogie zur PCR detektiert bzw. differenziert. Die Multiplex-fähige Methode benötigt im Gegensatz zur PCR kein apparatives Equipment und ist daher zur Entwicklung neuer Detektionssysteme für den Point-of-Care-Bereich geeignet.

Einfacher quantitativer unspezifischer Schnelltest auf aktive Keime

Im Stile eines Taschentuchlabors wurde ein ATP/NADH-basierter Wischtest entwickelt, der ad-hoc durch einen Farbumschlag potenziell infektiöse Keime nachweisen kann. Das Verfahren eignet sich für die Entwicklung verschiedener Point-of-Care-Systeme.

Antimikrobielle Peptide

Isolierung mikrobieller Keime

Vor dem Hintergrund einer geplante EU-Verordnung zur Qualifizierung und Quantifizierung von probiotischen Lebensmitteln wurde eine Methode entwickelt, um bakterielle Keime mittels spezifischer modifizierter Trägermaterialien aus heterogenen Gemischen, im Besonderen Joghurt, zu isolieren. Das Verfahren basiert auf der starken Affinität antimikrobieller Peptide auf Bakterienmembranen. Im Zusammenhang mit diesen Untersuchungen konnten zudem komplexe Wirkprinzipien von antimikrobiellen Peptiden detailliert beschrieben werden. Auf Basis dieser Erkenntnisse können nun maßgeschneiderte, im Vergleich zu natürlich vorkommenden Peptiden sehr kurze, artifizielle und dabei nicht-toxische Peptide hergestellt werden (»Synthizide«).

Antimikrobielle Oberflächen

In diesem Projekt wurden biozide Oberflächen auf Peptidbasis generiert, die eine Keimlast-senkende Wirkung haben. Da Bakterien gegen die kurzkettigen Peptide nur sehr schwer Resisenzen bilden, stellen diese eine wirksame Alternative zum Antibiotikaeinsatz dar und helfen die immer stärker aufkommenden Antibiotikaresistenzen zu bremsen.

  • PCR-Techniken (RT, Real Time, quantitativ, on-chip, in-situ, gradient)
  • Laborausstattung zum Arbeiten mit gentechnisch veränderten Organismen, infektiösen Keimen und Tierseuchenerregern (S1/S2, Zellkultur, Hefe-Labor, Bakterien-Labor)
  • RNA-Labor
  • steuerbare begaste Glovebox
  • Elektrophorese (Agarose, Acrylamid)
  • UV-vis-Spektralphotometer
  • Gel-Imager
  • Zentrifugen (Gekühlt, Hochgeschwindigkeit, große und kleine Volumina, Ultra-)
  • Inkubatoren (pro- und eukaryontisch)
  • Hybridisierapparaturen (z. T. Vollautomaten)

Publikationen

  • Danckert L, Hoppe S, Bier FF, von Nickisch-Rosenegk M. Rapid identification of novel antigens of Salmonella Enteritidis by microarray-based immunoscreening. Microchimica Acta 02/2014; 3.43 Impact Factor.
  • Herbel S, von Nickisch-Rosenegk M, Kuhn M, Murugaiyan J, Wieler LH, Guenther S. Specific TaqMan Probes for the Identification and Quantification of Lactobacilli in Pharmaceuticals. Journal of Probiotics & Health. 02/2014; 2(1).
  • Hoppe S, Bier FF, von Nickisch-Rosenegk M. Identification of antigenic proteins of the nosocomial pathogen Klebsiella pneumoniae. PLoS One 9(10): e110703. Doi dx.doi.org/10.1371/journal.pone.0110703.
  • Kersting S, Rausch V, Bier FF, von Nickisch-Rosenegk M. Rapid detection of Plasmodium falciparum with isothermal recombinase polymerase amplification and lateral flow analysis. Malaria Journal 03/2014; 13(1):99.
  • Kersting S, Rausch V, Bier FF, von Nickisch-Rosenegk M. Multiplex isothermal solid-phase recombinase polymerase amplification for the specific and fast DNA-based detection of three bacterial pathogens. Microchimica Acta 02/2014.
  • Rapsch K, Bier FF, von Nickisch-Rosenegk M. Rational Design of Artificial Beta-Strand-Forming Antimicrobial Peptides with Biocompatible Properties. Mol Pharm. 2014 Oct 6;11(10):3492-502. doi: 10.1021/mp500271c. Epub 2014 Sep 22. PubMed PMID: 25192319.
  • Herbel SR, Lauzat B, von Nickisch-Rosenegk M, Kuhn M, Murugaiyan J, Wieler LH, Guenther S. Species-specific quantification of probiotic lactobacilli in yoghurt by quantitative real time PCR. Journal of Applied Microbiology 09/2013.
  • Hoppe S, Bier FF, von Nickisch-Rosenegk M. Rapid Identification of Novel Immunodominant Proteins and Characterization of a Specific Linear Epitope of Campylobacter jejuni. PLoS ONE 01/2013; 8(5):e65837.
  • Rapsch K, Bier FF, Tadros M, von Nickisch-Rosenegk M. Identification of antimicrobial peptides and immobilization strategy suitable for a covalent surface coating with biocompatible properties. Bioconjugate Chemistry 12/2013.
  • Hoppe S, Bier FF, von Nickisch-Rosenegk M. Microarray-based method for screening of immunogenic proteins from bacteria. Journal of Nanobiotechnology 03/2012; 10:12.
  • von Nickisch-Rosenegk M, Teschke T, Bier FF. Construction of an artificial cell membrane anchor using DARC as a fitting for artificial extracellular functionalities of eukaryotic cells. Journal of Nanobiotechnology 01/2012; 10:1.
  • Andresen D, von Nickisch-Rosenegk M, Bier FF. Helicase-dependent amplification: use in OnChip amplification and potential for point-of-care diagnostics. Expert Review of Molecular Diagnostics 10/2009; 9(7):645-50.
  • Andresen D, von Nickisch-Rosenegk M, Bier FF. Helicase dependent OnChip-amplification and its use in multiplex pathogen detection. Clinica chimica acta; international journal of clinical chemistry 04/2009; 403(1-2):244-8.
  • Guenther S, Landgraf M, von Nickisch-Rosenegk M, Kuhn M, Wieler LH, Bier F, Schierack P. "PorkChip"-Detektionssystem zum schnellen und parallelen Nachweis von Zoonoseerregern aus dem Schwein innerhalb der Lebensmittelkette. RFL. 12/2008; 12.
  • Guenther S, Nöckler K, von Nickisch-Rosenegk M, Landgraf M, Ewers C, Wieler LH, Schierack P. Detection of Trichinella spiralis, T. britovi and T. pseudospiralis in muscle tissue with real-time PCR. Journal of Microbiological Methods 10/2008; 75(2):287-92.
  • von Nickisch-Rosenegk M, Marschan X, Andresen D, Bier FF. Reverse transcription-polymerase chain reaction on a microarray: the integrating concept of "active arrays". Analytical and Bioanalytical Chemistry 08/2008; 391(5):1671-8.
  • Bier FF, von Nickisch-Rosenegk M, Ehrentreich-Förster E, Reiss E, Henkel J, Strehlow R, Andresen D. DNA microarrays. Advances in Biochemical Engineering/Biotechnology 02/2008; 109:433-53.
  • von Nickisch-Rosenegk M, Ehrentreich-Förster E, Strehlow R, Christmann A, Bier FF. Chemically synthesized zinc finger molecules as nano-addressable probes for double-stranded DNAs. Journal of Nanobiotechnology 07/2005; 3:5.
  • Steffen J, von Nickisch-Rosenegk M, Bier FF. In vitro transcription of a whole gene on a surface-coupled template. Lab on a Chip 07/2005; 5(6):665-8.
  • von Nickisch-Rosenegk M, Marschan X, Andresen D, Abraham A, Heise C, Bier FF. On-chip PCR amplification of very long templates using immobilized primers on glassy surfaces. Biosensors and Bioelectronics 03/2005; 20(8):1491-8.

Patente

  • von Nickisch-Rosenegk M. Genetically modified bacteriophages, in particular for combating pathogenic prokaryotes or their pathological effect, and its use and production. WO 2008/086881 A1. 24 July 2008.
  • von Nickisch-Rosenegk M, Bier F, Andresen H. Means and methods for producing zinc fingers and concatemers thereof. EP 2 130 836 B1. 13. Feb. 2013.