Biosensoren zur Umweltüberwachung

Ein Biosensor ist ein Analysegerät, das zur Erkennung oder Quantifizierung bestimmter Verbindungen in einer Probe eine biologische Komponente mit einem physikalischen Detektor kombiniert. Das selektive biologische Element, z. B. ein Antikörper oder ein Enzym, verfügt normalerweise über eine hohe Bindungsaffinität und Selektivität für einen bestimmten Analyten (die zu analysierende Substanz).

Bei den meisten gängigen Biosensoren verbindet sich das biologische Element, das auf einer festen Oberfläche immobilisiert wurde, innerhalb der Probenmixtur mit einem Target-Analyten. Diese Wechselwirkung wird von einem speziellen Transduktor gemessen, der das biochemische Signal in ein messbares elektrisches Signal umwandelt, das sich proportional zur Analytkonzentration verhält.

Die Mitglieder des EU-finanzierten Projekts "Biosensor nanoarrays for environmental monitoring" (BIOMONAR) entwickelten eine neue Generation hochentwickelter Biosensoren zur Überwachung von Umweltschadstoffen und -pathogenen. Diese vereinen die Vorteile bestehender Sensorsysteme mit unübertroffener Flexibilität für eine Vielzahl verschiedener Zielsubstanzen.

Die BIOMONAR-Forscher entwickelten drei verschiedene Sensorplattformen, die aus einer festen Oberfläche, einem Lipid-Vesikel bzw. einer lebenden Bakterienzelle bestehen, die jeweils einen gängigen biologischen Sensor enthalten.

Als biologische Komponente wählten die Forscher ein bakterielles Protein – ein periplasmatisches Bindeprotein – das über eine spezifische Bindungsstelle stark mit den Target-Molekülen interagiert. Da die Spezifität der Bindungsstelle an jedes beliebige Target-Molekül angepasst werden kann, welches Wissenschaftler feststellen möchten, verfügen die Biosensoren von BIOMONAR über ein potenziell unbegrenztes Erfassungsvermögen.

Diese Strategie wird die EU-Umweltpolitik unterstützen, da eine weite Palette von Zielverbindungen selektiv und präzise festgestellt werden kann. Insbesondere Schadstoffe und Pathogene können in den komplexen in der Natur vorkommenden Gemischen erkannt werden.