Fraunhofer IME - Geschäftsbericht 2010/11 [ PDF 0,17 MB ]

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FORSCHUNGSARBEITEN / RESEARCH ACTIVITIES 2010
MAGNETISCHER IMMUNOASSAY ZUR DETEKTION
VON PFLANZENPATHOGENEN
MAGNETIC IMMUNOASSAY FOR PLANT
PATHOGEN DETECTION
Hintergrund und Ziele
Ergebnisse
3ĠDQ]HQSDWKRJHQHZLH]%3ĠDQ]HQYLUHQXQG3LO]HIđKUHQ
Es wurden erfolgreich monoklonale Antikörper gegen den
durch Ernteausfälle weltweit zu erheblichen ökonomischen
3ĠDQ]HQYLUXVGrapevine fanleaf virus (GFLV) sowie gegen die
6FKÃGHQ'LHIUđK]HLWLJH,GHQWLğ]LHUXQJXQG4XDQWLğ]LHUXQJ
Schimmelpilze Aspergillus flavus und A. parasiticus hergestellt.
SDWKRJHQHQ%HIDOOVEHL.XOWXUSĠDQ]HQLVWYRQHQWVFKHLGHQGHU
Eine Immobilisierung der Antikörper an Magnetpartikeln er-
Bedeutung, um rechtzeitig Gegenmaßnahmen ergreifen zu
folgte durch Biotin-Streptavidin-Bindung (Figure 1). Zur Anrei-
können. Derzeit existieren keine geeigneten Schnelltests, die
cherung von magnetischen Nanopartikeln mit gebundenen
in ihrer Sensitivität vergleichbar mit einer zeit- und kostenin-
Pathogenen wurden Filtrationssäulen (ABICAP®6\VWHPPLW
tensiven Laboruntersuchung sind. Hier besteht somit erhebli-
HLQHU)HVWSKDVHDXVHLQHP3RO\HWK\OHQVLQWHUNùUSHUYHUZHQGHW
cher Bedarf für ein Nachweisverfahren, das vom Landwirt selbst
Die Säulenmatrix wurde adsorptiv mit Extraktionsantikörpern
preiswert und schnell vor Ort durchgeführt werden kann.
EHODGHQXQG3ĠDQ]HQH[WUDNWKLQGXUFKJHOHLWHW-HQDFK.RQ-
Im Rahmen eines Forschungsvorhabens sollte ein einfach zu
]HQWUDWLRQGHV$QDO\WHQLQGHU3UREHZXUGHQNRQ]HQWUDWLRQV-
handhabendes und vor Ort einsetzbares Diagnoseverfahren
abhängige Mengen des Magnetpartikel-Antikörper-Konjugates
IđUYLUDOHXQGSLO]OLFKH3ĠDQ]HQSDWKRJHQHHQWZLFNHOWZHUGHQ
in der Matrix zurückgehalten und ließen sich mit Hilfe des Mag-
Die Detektion sollte analog zu den derzeit überwiegend prak-
QHWUHDGHUVTXDQWLğ]LHUHQ'LH=XYHUOÃVVLJNHLWGHV'HWHNWLRQV-
WL]LHUWHQVHURORJLVFKHQ1DFKZHLVHQGXUFKVSH]LğVFKH$QWLNùU-
prinzips konnte bereits für GFLV demonstriert werden. Hierbei
per erfolgen.
konnten Detektionsgrenzen erreicht werden, die vergleichbar,
]7VRJDUEHVVHUDOVEHLNRPPHU]LHOOYHUIđJEDUHQ(/,6$6\VWH-
Projektbeschreibung
men waren. So ergab sich ein linearer Detektionsbereich zwischen 100 - 500 ng/mL und ein Detektionslimit von etwa 1 ng
Durch Etablierung eines neuartigen magnetischen Immunode-
Antigen pro mL Probenvolumen (Figure 2).
tektionsverfahrens sollen Antikörper-Antigen-Interaktionen mit
Hilfe magnetischer Nanopartikel detektiert werden. Mit Hilfe
Fazit
eines vom Kooperationspartner, dem Institut für Bio- und
1DQRV\VWHPHGHV)RUVFKXQJV]HQWUXPV-đOLFKHQWZLFNHOWHQ
Im Rahmen dieses Projektes konnte gezeigt werden, dass mit
Magnetreaders lassen sich Antikörper-konjugierte Magnetpar-
+LOIHGHVQHXDUWLJHQPDJQHWLVFKHQ,PPXQRDVVD\V]XYHUOÃVVLJ
WLNHODXI%DVLVGHU)UHTXHQ]PLVFKXQJVWHFKQRORJLH]XYHUOÃVVLJ
LQğ]LHUWH3ĠDQ]HQLGHQWLğ]LHUWZHUGHQNùQQHQ'LH6HQVLWLYLWÃW
TXDQWLğ]LHUHQ'XUFKVSH]LğVFKHV%LQGHQGHV$QWLNùUSHU
LVWYHUJOHLFKEDUPLWDQGHUHQODERUEDVLHUWHQ$QDO\VHPHWKRGHQ
NRQMXJLHUWHQ/DEHOVDQ3ĠDQ]HQSDWKRJHQHLQHLQHU]XXQWHUVX-
$OOHUGLQJVHUIROJWGHUVSH]LğVFKH1DFKZHLVGHU3DWKRJHQH
chenden Probe soll eine schnelle, zuverlässige und hochsensitive
etwa dreimal schneller als mit herkömmlichen Methoden wie
Detektion von Pathogenbefall ermöglicht werden. Im Rahmen
ELISA.
GHV3URMHNWHVVROOHQ'HWHNWLRQVDVVD\VIđUPHKUHUH3ĠDQ]HQSDthogene entwickelt und bewertend verglichen werden. Das
Kooperationspartner / Cooperation partner
1DFKZHLVYHUIDKUHQVROOVRPRGLğ]LHUWZHUGHQGDVVHLQPRELOHU
,QVWLWXWIđU%LRXQG1DQRV\VWHPH)RUVFKXQJV]HQWUXP
Einsatz im Feld ohne Einsatz von Fachpersonal möglich ist.
Jülich GmbH
44 I 45
1600
y = 2.2327x + 890.22
R2 = 0.9862
1400
Signal [mV]
1200
1000
800
600
400
200
0
0
50
100
150
200
250
300
Antigen concentration [ng/mL]
F1
Background and aims
F2
DFFXPXODWHGLQVSHFLDOğOWUDWLRQFROXPQV$%,&$3®V\VWHP
ZLWKDVLQWHUHGSRO\HWK\OHQHPDWUL[)LJZKLFKKDGSUHYL
Plant pathogens such as viruses and fungi have a severe im-
RXVO\EHHQORDGHGZLWKH[WUDFWLRQDQWLERGLHVE\DGVRUSWLRQ
pact on crops worldwide and lead to considerable economic
3ODQWH[WUDFWZDVSDVVHGWKURXJKWKHPDWUL[DQGDQWLERG\
ORVVHV7KHHDUO\LGHQWLğFDWLRQDQGTXDQWLğFDWLRQRIFURS
FRQMXJDWHGEHDGVZHUHUHWDLQHGGHSHQGLQJRQWKHDQDO\WH
SDWKRJHQVLVWKHUHIRUHYLWDOO\LPSRUWDQWWRSUHYHQWWKHVSUHDG
FRQFHQWUDWLRQLQWKHVDPSOH6XEVHTXHQWO\WKHEHDGFRQFHQ
of such diseases. Field-based diagnostic tests comparable in
tration within the matrix (and thus the amount of pathogen)
VHQVLWLYLW\WRWLPHFRQVXPLQJDQGH[SHQVLYHODERUDWRU\WHVWV
ZDVTXDQWLğHGXVLQJWKHPDJQHWLFUHDGHU7KHUHOLDELOLW\RI
DUHQRWFXUUHQWO\DYDLODEOHVRWKHUHLVJUHDWLQWHUHVWLQWKH
the detection principle was demonstrated for GFLV, where we
development of rapid and inexpensive tests that can be ap-
DFKLHYHGGHWHFWLRQVHQVLWLYLW\FRPSDUDEOHWRRUHYHQEHWWHU
SOLHGLQWKHğHOG
WKDQFRPPHUFLDOO\DYDLODEOH(/,6$V\VWHPV7KLVUHVXOWHGLQD
7KHHPSKDVLVRIWKLVUHVHDUFKSURMHFWZDVWRGHYHORSFRQYH
linear detection range between 100 and 500 ng/ml and a
QLHQWDQGPRELOHGLDJQRVWLFDVVD\VIRUSODQWYLUXVHVDQGIXQJL
detection limit in the range of 1 ng antigen per ml sample
ZLWKGHWHFWLRQEDVHGRQVSHFLğFDQWLERGLHVFRPSDUDEOHWRWKH volume (Fig. 2).
ZHOOHVWDEOLVKHGVHURORJLFDODQDO\VLVPHWKRGVXVHGLQWKHODERUDWRU\
Conclusion
Approach
We were able to demonstrate that a novel magnetic immunoDVVD\FRXOGEHXVHGUHSURGXFLEO\WRLGHQWLI\SDWKRJHQLQIHFWHG
$QRYHOPDJQHWLFLPPXQRGHWHFWLRQDVVD\ZDVHVWDEOLVKHGLQ
SODQWVZLWKDVHQVLWLYLW\FRPSDUDEOHWRHVWDEOLVKHGODERUDWRU\
ZKLFKDQWLERG\DQWLJHQLQWHUDFWLRQVZHUHGHWHFWHGXVLQJ
EDVHGDQDO\VLVPHWKRGVEXWRXUQHZPHWKRGZDVDSSUR[L-
PDJQHWLFQDQRSDUWLFOHV7KHDQWLERG\FRQMXJDWHGPDJQHWLF
PDWHO\WKUHHWLPHVIDVWHUWKDQFRQYHQWLRQDOSURFHGXUHVVXFK
SDUWLFOHVZHUHDFFXUDWHO\TXDQWLğHGXVLQJIUHTXHQF\PL[LQJ
as ELISA.
WHFKQRORJ\DQGDPDJQHWLFUHDGHUUHFHQWO\GHYHORSHGE\RXU
cooperation partner, the Forschungszentrum Jülich Institute of
Contact / Ansprechpartner
%LRDQG1DQRV\VWHPVDOORZLQJUDSLGVHQVLWLYHDQGUHOLDEOH
Dr. Stefan Schillberg
detection of labeled antibodies binding to pathogens in plant
7HO
VDPSOHV:HGHYHORSHGDQGHYDOXDWHGGHWHFWLRQDVVD\VIRUVH-
VWHIDQVFKLOOEHUJ#LPHIUDXQKRIHUGH
veral plant pathogens and we adapted the detection principle
VRWKDWLWFRXOGEHDSSOLHGLQWKHğHOGXVLQJSRUWDEOHHTXLS-
Dr. Florian Schröper
PHQWZLWKRXWWKHQHHGIRUVSHFLDOO\WUDLQHGSHUVRQQHO
7HO
ĠRULDQVFKURHSHU#LPHIUDXQKRIHUGH
Results
:HVXFFHVVIXOO\SURGXFHGPRQRFORQDODQWLERGLHVDJDLQVW
Figure 1: Antibody-mediated capture of plant virus particles in
the plant virus Grapevine fanleaf virus (GFLV) and the fungi
ABICAP matrix and the magnetic labeling principle
Aspergillus flavus and A. parasiticus$QWLERG\LPPRELOL]DWLRQ
Figure 2: Calibration curve for the detection of GFLV in plant extracts.
RQPDJQHWLFEHDGVZDVDFKLHYHGE\ELRWLQVWUHSWDYLGLQELQ-
Signals were obtained from the magnetic reader by frequency
GLQJ0DJQHWLFQDQRSDUWLFOHVFDUU\LQJFDSWXUHGSDWKRJHQV
mixing.