DFG 460736965 - Array Synthesizer

Die biologische Photolithographie verwendet optische Ansätze aus der integrierten Halbleiterindustrie in Kombination mit leicht modifizierter Festphasensynthese-Chemie, um die chemische Synthese biologischer Oligomere in ultra-großem Maßstab und ihre Verwendung für Multiplexing-Bioaffinitäts-Assays oder für die Erzeugung extrem großer sequenzbestimmter Bibliotheken zu ermöglichen. Die Oligopeptidsynthese in diesem Maßstab ermöglicht die effiziente Entwicklung epitop-spezifischer Antikörper und die Charakterisierung von Proteinfunktionen sowie Protein-Protein-Interaktionen, die für die zelluläre Regulation und Signalgebung relevant sind. Zu den Anwendungen der Nukleinsäuresynthese im großen Maßstab gehören v.a. Genexpressionsanalyse, Genassemblierung, DNA-Origami, räumliche Transkriptomik und digitale Informationsspeicherung. Aufgrund der Komplexität und des proprietären Charakters der meisten biotechnologischen Verfahren sind Ansätze zur Synthese im großen Maßstab heute meist auf kommerzielle Dienstleistungen beschränkt. Im Rahmen des vorliegenden Projekts soll ein ein Open-Source-Tischgerät entwickelt werden, das die parallele Synthese von Millionen einzigartiger Sequenzen ermöglicht. Bei diesem Gerät wird es sich um einen maskenlosen Array-Synthesizer der nächsten Generation handeln, ein optisches Gerät, das an einen Standard-Festphasensynthesizer gekoppelt ist und einen robusten, einfachen und kostengünstigen Zugang zu Synthesen im Ultra-Großmaßstab, insbesondere von Nukleinsäuren und Peptiden, ermöglicht, das aber auch die Entwicklung von Syntheseansätzen erleichtert, die sich für andere Oligomere, wie Oligosaccharide oder technische biomimetische Konstrukte, eignen. Um die Leistungsfähigkeit und Vielseitigkeit des hocheffizienten neuen Geräts zu demonstrieren, werden wir (1) die photolithographische Nukleinsäuresynthese im Ultra-Großmaßstab zur Erzeugung von DNA-Bibliotheken für die digitale Datenarchivierung anwenden. Insbesondere werden wir zeigen, dass die Synthese im Ultra-Großmaßstab in Kombination mit einer effizienten Kodierung zu einer kostengünstigen und effizienten Informationsspeicherung und -wiedergewinnung auf molekularer Ebene aus DNA führt. Darüber hinaus werden wir in Kombination mit unserem kürzlich entwickelten photolithographischen Ansatz zur RNA-Synthese (2) extrem große permutative RNA-Bibliotheken synthetisieren, um die Bindungsaffinität und die fluoreszenzverstärkende Sequenzlandschaft der Mango-Familie fluorogener RNA-Aptamere umfassend zu erforschen.

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Neue Geräte für die Forschung