Förderprojekte

Förderbeginn 01.07.2016

Gezielte Genexpression durch aktive Fluktuationen mit Hilfe akustischer Oberflächenwellen

Prof. Dr. Christoph Westerhausen
Universität Augsburg
Lehrstuhl für Experimentalphysik I

Dr. Omar A. Saleh
University of California, Santa Barbara
Materials Department

In den letzten zehn Jahren wurde immer mehr die zentrale Rolle aktiver, ungerichteter räumlicher Fluktuationen für biologische Prozesse klar. Diese Fluktuationen sind nicht thermisch bedingt, sondern ATP-abhängig und erhöhen die Mobilität von Biomolekülen. Eine Kooperation der Arbeitsgruppen von Prof. O. Saleh (UCSB) und Dr. C. Westerhausen/ Prof. A. Wixforth (Universität Augsburg) befasst sich mit der Fragestellung nach einer Korrelation von künstlich herbeigeführten Fluktuationen und Genexpression in einem Lab-on-a-chip-System. Die Gruppe um Saleh beherrscht die Inkorporation von genetischer DNA in Hydrogele und deren Kombination mit in vitro Transkription. Mit ihrer Expertise zu akustischen Oberflächenwellen verfügt die Gruppe um Dr. Westerhausen/ Prof. Wixforth über ein effektives Mittel um einstellbare aktive Fluktuationen auf einem Chip zu erzeugen, auf den ein DNA-Hydrogel aufgebracht werden kann. Gemeinsam stellen wir uns vor, Stehwellenmuster im DNA-Hydrogel zu erzeugen, in dem die Knoten und Bäuche die Punkte niedriger beziehungsweise hoher Fluktuationen darstellen. Diese werden mit der Aktivität der Gentranskription mittels Fluoreszenzmikroskopie und einem geeigneten RNA Reporter System korreliert.

Abschlussbericht
Aktivitäten

Das Projekt befasst sich mit der Fragestellung nach einer Korrelation von mittels akustischer Oberflächenwellen (OFW) künstlich herbeigeführten gezielten Fluktuationen und Genexpression in einem Lab-on-a-chip-System. Hierzu fanden zwei Forschungsaufenthalte Augsburger Physiker an der UCSB statt (Lukas Schnitzler, Nov. 2016 und November-Dezember 2017) sowie ein Gegenbesuch (Dan Nguyen, Januar-Februar 2017). Im Rahmen dieser Forschungsaufenthalte konnte unter Verwendung sogenannter DNA Nanosterne1 erfolgreich ein maßgeschneidertes räumliches Arrangement von DNA-Hydrogel-Mikrotropfen mit Hilfe von OFW-Stehwellenfeldern auf einem Chip ausgerichtet und kontrolliert werden. Durch Optimierung des experimentellen Aufbaus gelang die Erzeugung von ca. 600 µm x 600 µm ausgedehnten DNA-Hydrogelen mit einer Dicke von nur 25 µm auf einem OFW-Lab-on-a-Chip. Bei aktiver OFW-Beschallung wird die Struktur des Stehwellenfeldes auf das dünne DNA-Hydrogel übertragen. Im Moment gilt es, die fluoreszenzbasierte Auslesung der Transkription zu optimieren um endgültige Aussagen über die Korrelation von aktiven Fluktuationen und Genexpression treffen zu können. Hierfür ist ein weiterer Aufenthalt im Sommer 2018 von Hr. D. Nguyen in Augsburg geplant.

Output

Die so gewonnenen Daten sollen in naher Zukunft zu mindestens zwei gemeinsamen Publikationen führen, zum einen über die Genexpression in mikrostrukturieren DNA-Hydrogelen sowie zum anderen zur Rolle aktiver Fluktuationen für die Genexpression. Des Weiteren konnte auf dieser Grundlage eine Förderung eingeworben werden (C. Westerhausen, „Förderung der interdisziplinären, internationalen sowie regionalen Kooperationen“ durch das Augsburger Kompetenzzentrum Innovative Technologien ACIT zur Unterstützung des Projekts: „Gezielte Genexpression mittels Fluktuationen“, ca. 10k€).

Ausblick

Um das langfristige Ziel dieser Kooperation zu erreichen und der spannenden Fragestellung über die Rolle aktiver Fluktuationen für die Genexpression nachzugehen, wird auf der Grundlage dieses BaCaTeC Projekts ein kombinierter DFG/NSF Antrag erstellt werden.

[1] Nguyen, D. T., & Saleh, O. A. (2017). Tuning phase and aging of DNA hydrogels through molecular design. Soft matter, 13(32), 5421-5427.