Francisella tularensis is a highly virulent zoonotic pathogen that is the causative agent of tularemia in humans. Two subspecies of F. tularensis are the most virulent in humans: tularensis (type A) and holarctica (type B), with less than 10 organisms via aerosol of a type A strain having the ability to cause fatal infection. Over the last decade much research has been done on the pathogenesis of this unique intracellular bacterium and many different virulence factors have been identified. The goal of this dissertation has been to identify and characterize the capsule-like complex (CLC) surface antigen of F. tularensis, and to determine its role in virulence and immunoprotection in a mouse model. In addition, I have investigated the role of CLC in biofilm formation. The CLC appears as a negatively staining material surrounding F. tularensis cells during transmission electron microscopy (TEM). I found that the CLC in the type B live vaccine strain (LVS) could be significantly diminished by deleting two glycosyl transferase genes (LVSΔ1423-22) in the putative polysaccharide locus, FTL_1432-FTL_1421. In addition, I determined that the CLC was not a typical polysaccharide capsule, but was in fact composed of over 50 proteins and glycoproteins including known virulence determinants, such as GroEL, DnaK, and ClpB. Upon further evaluation of the CLC, I determined that it was composed of an increase in production of outer membrane vesicles and tubules (OMV/T). These OMV/T appeared to be self-aggregating into what I visualized through TEM as the CLC. LVSΔ1423-22 was attenuated in the mouse model, and BALB/c mice immunized with CLC and adjuvant were protected against challenge with LVS. In addition to virulence, the CLC appears to play a role in biofilm formation and development. F. tularensis type B strains lacking the surface antigens CLC or CLC and O-antigen, develop a 2-7-fold more robust biofilm than the parent strains. The biofilm matrix contains a glucan-like EPS, proteins, and extracellular DNA, and further characterization may lead to determining if the biofilm acts as an environmental survival mechanism for F. tularensis. In summary, the CLC appears to be a novel surface antigen composed of upregulated OMV/T that is present in type A and B F. tularensis. Deficiency in CLC contributes to increased biofilm formation that could contribute to the survival of F. tularensis in a wide range of environmental niches. Furthermore, the CLC contributes to virulence of type B strains and elicits a protective immune response to type B challenge. A CLC-deficient type A strain could be a candidate for a new live vaccine strain, and therefore further investigation of such a mutant is warranted. / Ph. D.

Propionibacterium freudenreichii est une bactérie Gram-positive bénéfique, traditionnellement utilisée comme levain d’affinage fromager, qui bénéficie du statut GRAS (Generally Recognized As Safe). P. freudenreichii a révélé un effet immunomodulateur qui a été confirmé in vivo par la capacité à protéger des souris d’une colite aigüe induite. L’effet anti-inflammatoire est cependant hautement souche-dépendant. Il est dû, au moins en partie, à des composés de surface clés qui favorisent ces effets probiotiques. Les bactéries Gram-positives, y compris P. freudenreichii, peuvent être recouvertes d’une couche extérieure protéique, appelée « surface-layer », paracristalline, et formée par l’autoassemblage de protéines dites de S-layer (Slps). Les Slps, dans différentes bactéries, sont impliquées dans plusieurs caractéristiques probiotiques, telles que l’adhésion aux cellules de l’hôte et au mucus, la persistance dans l’intestin, ou encore l’immunomodulation. Le but de cette étude est d’étudil’immunomodulation. Le but de cette étude est d’étudier, chez une souche probiotique de P. freudenreichii, la protéine de surface qui joue le principal rôle dans les interactions probiotiques avec l’hôte. La souche P. freudenreichii CIRM-BIA 129, récemment reconnue comme immunomodulatrice prometteuse, possède plusieurs protéines de surface Slps, y compris SlpB. Dans la présente étude, l’inactivation du gène correspondant, dans la souche mutante CB129¿slpB, a provoqué une baisse drastique de l’adhésion aux cellules intestinales épithéliales HT-29, confirmant le rôle clé des Slps dans l’adhési / Propionibacterium freudenreichii is a beneficial Gram-positive bacterium, traditionally used as a cheese ripening starter, with the GRAS status (Generally Recognized As Safe). P. freudenreichii has revealed an immunomodulatory effect confirmed in vivo by the ability to protect mice from induced acute colitis. The anti-inflammatory effect is however highly strain-dependent and due, at least in part, to key surface compounds favouring probiotic effects. Gram-positive bacteria, including P. freudenreichii, can be covered with an external proteinaceous layer called a surface-layer paracrystalin layer and formed by the self-assembly of surface-layer-proteins (Slps). Slps were shown, in different bacteria, to be involved in several probiotics traits, such as adhesion to host cells and mucus, persistence within the gut, or immunomodulation. The aim of this study is to investigate, in a P. freudenreichii probiotic strain, the surface protein that plays the main role in the probioticinteraction with the host. The P. freudenreichii CIRM-BIA 129 strain recently revealed promising immunomodulatory properties and possesses several Slps, including SlpB. In the presented work, inactivation of the corresponding gene, CB129¿slpBa mutant strain, caused a drastic decrease in adhesion to intestinal epithelial HT-29 cells, further evidencing the key role of Slps in cell adhesion. we investigated immune response of HT-29 cells towards P. freudenreichii CIRM-BIA 129 and CB129¿slpB. The wild type strain mainly induced expression of the immunomodulatory IL-10 by the cells. Interestingly, th

Hyperthermophilic proteins are of great interest in both the academic and industrial world in understanding how these proteins are capable of retaining their biological activity under such harsh environmental conditions. This thesis studies a tetrabrachion stalk domain from Staphylothermus marinus, know as Right Handed Coiled Coil (RHCC). This protein is of interest due to its extreme thermostability and its affinity for heavy metals. We aim to better understand the reason for the extreme thermal stability of the protein and to take advantage of the proteins affinity for heavy metals with a view to developing a novel approach to bioremediate Hg2+, a major environmental pollutant. Our results clearly indicated that the protein is more thermostable in alkaline conditions in comparison to acidic conditions. This observation can be explained by careful inspection of the high resolution structure. Our data also clearly show that RHCC is able to bind ionic mercury compounds such as mercury nitrate and dipotassium mercury iodide.

Hyperthermophilic proteins are of great interest in both the academic and industrial world in understanding how these proteins are capable of retaining their biological activity under such harsh environmental conditions. This thesis studies a tetrabrachion stalk domain from Staphylothermus marinus, know as Right Handed Coiled Coil (RHCC). This protein is of interest due to its extreme thermostability and its affinity for heavy metals. We aim to better understand the reason for the extreme thermal stability of the protein and to take advantage of the proteins affinity for heavy metals with a view to developing a novel approach to bioremediate Hg2+, a major environmental pollutant. Our results clearly indicated that the protein is more thermostable in alkaline conditions in comparison to acidic conditions. This observation can be explained by careful inspection of the high resolution structure. Our data also clearly show that RHCC is able to bind ionic mercury compounds such as mercury nitrate and dipotassium mercury iodide.

abstract: Like most other phototrophic organisms the cyanobacterium Synechocystis sp. PCC 6803 produces carotenoids. These pigments often bind to proteins and assume various functions in light harvesting, protection from reactive oxygen species (ROS) and protein stabilization. One hypothesis was that carotenoids bind to the surface (S-)layer protein. In this work the Synechocystis S-layer protein was identified as Sll1951 and the effect on the carotenoid composition of this prokaryote by disruption of sll1951 was studied. Loss of the S-layer, which was demonstrated by electron microscopy, did not result in loss of carotenoids or changes in the carotenoid profile of the mutant, which was shown by HPLC and protein analysis. Although Δsll1951 was more susceptible to osmotic stress than the wild type, the general viability of the mutant remained unaffected. In a different study a combination of mutants having single or multiple deletions of putative carotenoid cleavage dioxygenase (CCD) genes was created. CCDs are presumed to play a role in the breakdown of carotenoids or apo-carotenoids. The carotenoid profiles of the mutants that were grown under conditions of increased reactive oxygen species were analyzed by HPLC. Pigment lifetimes of all strains were estimated by 13C-labeling. Carotenoid composition and metabolism were similar in all strains leading to the conclusion that the deleted CCDs do not affect carotenoid turnover in Synechocystis. The putative CCDs either do not fulfill this function in cyanobacteria or alternative pathways for carotenoid degradation exist. Finally, slr0941, a gene of unknown function but a conserved genome position in many cyanobacteria downstream of the δ-carotene desaturase, was disrupted. Initially, the mutant strain was impaired in growth but displayed a rather normal carotenoid content and composition, but an apparent second-site mutation occurred infrequently that restored growth rates and caused an accumulation of carotenoid isomers not found in the wild type. Based on the obtained data a role of the slr0941 gene in carotenoid binding/positioning for isomerization and further conversion to mature carotenoids is suggested. / Dissertation/Thesis / Ph.D. Microbiology 2011

Durch Biotemplating mit bakteriellen Oberflächenproteinen, sogenannten S-Layer Proteinen können Metallcluster mit einer definierten Größe und Verteilung auf verschiedensten Oberflächen abgeschieden werden. Damit eröffnet sich die Möglichkeit der gezielten Präparation heterogener Katalysatoren. Mit der Kalorimetrie sollen die katalytischen Eigenschaften von mit Platin belegten S-Layer Präparationen am Beispiel der Kohlenmonoxidoxidation vorgestellt werden. Es werden geträgerte Katalysatoren und katalytisch aktive Schichten untersucht. Der Fokus liegt bei den Katalysatorschüttungen auf der Charakterisierung der katalytischen Eigenschaften und resultierend daraus auf einer Optimierung der Präparation. Für die Untersuchungen der katalytisch aktiven Schichten muss im Unterschied zu den Katalysatorschüttungen eine neuartige miniaturisierte Anordnung auf der Basis von Pt 1000 Widerstandsthermometern entwickelt werden. Dabei werden auch Parameter, die für eine spätere sensorische Applikation von Bedeutung sind, untersucht.

Die Wasserverschmutzung durch Seltenen Erden (REEs) und Schwermetallen verursacht viele Probleme für die Umwelt und die menschliche Gesundheit. Daher ist der Nachweis solcher Elemente von hoher Priorität. Derzeit verwendete Methoden haben einige Nachteile, wie hohe Messkosten, beschränke Selektivität, komplexe Handhabung oder der Bedarf von hochqualifiziertem Personal für die Probenanalyse. Die Kombination von biologischen Komponenten und Nanomaterialien zur Sensorentwicklung bietet eine Möglichkeit diese Nachteile ausgleichen. Mikroorganismen haben evolutionäre Strategien entwickelt, um sich vor toxischen Schwermetallen zu schützen, z.B durch Binden der Metallionen an ihrer Zelloberfläche mit speziellen Oberflächenproteinen (S-Layer). Diese bestehen aus einer Monolage identischer (Glyco-) Proteine, die sich selbst assemblieren und eine hochgeordnete kristalline Struktur unterschiedlicher Symmetrie bilden können. Studien haben die Bindung von Metallionen (einschließlich REEs) durch S-Layer-Proteine gezeigt. In dieser Dissertation wurden drei Nanomaterialien (Goldnanopartikel (AuNPs), planare Goldoberflächen und Nanodiamanten (NDs)) mit acht verschiedene S-Layer-Proteinen beschichtet. Ziel war die Entwicklung von Biohybrid-Sensor-Systemen für die Detektion von bis zu 12 Metallionen in Wasser. Ein kolorimetrisches Sensorsystem mit biofunktionalisierten AuNPs zur Detektion von REEs und Schwermetallen, einschließlich der aktuell vermehrt auftretenden Schadstoffe Lanthan und Gadolinium, wurde etabliert. Die Nachweisgrenzen lagen im Bereich vergleichbarer AuNPs-Systeme zum Nachweis von Schwermetallen, während die Slayer-AuNP-Biohybride ein breiteres Spektrum von Metallionen detektieren konnten. Das Screening aller acht S-Layer-AuNP-Biohybride mit 12 Metallsalzlösungen ergab charakteristische Wechselwirkungsmuster für jede der Kombinationen und ermöglichte den spezifischen Nachweis einer einzelnen Metallionenspezies in unbekannten Lösungen. Eine Kosten- und Ressourcenoptimierung ist über die Lagerung bis zu drei Monate und Wiederverwendbarkeit gegeben. Auf planaren Goldoberflächen ermöglichten die SPR-Spektroskopie die Messung der Adsorption von S-Layer-Proteinen, sowie die anschließende Detektion von CuSO4, NiCl2 und YCl3. Die Detektionslimits lagen dabei unter den kolorimetrischen Biohybridsystemen. Die SPR-Chips wurden erfolgreich regeneriert und für mehrere Funktionalisierungen mit S-Layer-Proteinen wiederverwendet. Das S-Layer-Protein SslA von S. ureae ATCC 13881 wurde erstmals an NDs adsorbiert. Die NDs/SslA-Biohybride wurden zur Detektion von CuCl2 und NiCl 2 verwendet, indem die Agglomeration und das Fluoreszenzquenching gemessen wurden. Es hat sich gezeigt, dass die vorgestellten Systeme viele der Nachteile ausgleichen, die mit derzeit verwendeten Systemen verbunden sind. Sie detektieren eine Vielzahl von Metallionen und minimieren so den Bedarf für mehrere Methoden. Die Nachweisgrenzen waren vergleichbar mit aktuellen kolorimetrischen und chemischen Kit-Systemen. Die S-layer-AuNPs und NDs/S-layer-Biohybride waren schnell und einfach zu handhaben, wodurch der Bedarf an hochqualifiziertem Messpersonal minimiert werden kann. Darüber hinaus führt die Verwendung von kostengünstigen Materialien wie NDs und die Wiederverwendbarkeit der Biohybride zu einem ressourceneffizienten und kostengünstigen Nachweissystem. Diese Dissertation hat das enorme Potenzial von S-Layer-Proteinen für den Nachweis von REEs und Schwermetallen in Wasser unter Verwendung verschiedener Nachweissysteme wie kolorimetrischer AuNPs-Assays, SPR-Spektroskopie und NDs gezeigt. / The pollution of aqueous systems with rare earth elements (REEs) and heavy metals causes serious problems for environmental and human health. Therefore, the detection of such elements is of uttermost importance. Currently used methods have some disadvantages, such as high measurement costs, limited selectivity, complex sample handling, or the need for highly qualified personnel for sample analysis. The combination of biological components and nanomaterials for sensor development offers a way to offset these disadvantages. Microorganisms have developed strategies to protect themselves from heavy metal toxicity, e.g. by binding the metal ions on their cell surface with special Surface layer (S-layer) proteins. They consist of a monolayer of identical (glyco-) proteins, which can self-assemble and form a highly ordered crystalline structure of varying symmetry. Studies on the heavy metal binding of S-layer proteins have demonstrated their affinity for metal ions, including REE. The combination of nanomaterials with S-layer proteins enables the development of new sensors for these elements. Within this dissertation several nanomaterials in combination with S-layer proteins were investigated to obtain sensors for REEs and heavy metals. Eight different S-layer proteins were used to functionalize AuNPs, flat gold surfaces and nanodiamonds (NDs) for the detection of up to 12 metal ions in water. Colorimetric sensor systems with biofunctionalized AuNPs for the detection of REE and heavy metals, including the newly emerging pollutants lanthanum and gadolinium, were established. The detection limits of reference measurements and spiked tapwater samples were in the range of comparable AuNPs systems for the detection of heavy metals, while offering a broader range of metal ions to detect. The screening of all eight S-layer-AuNP biohybrids with 12 metal ions revealed specific interaction patterns for each of the combinations. The optimization cost and resource is achieved by storage up to three months and reusability of the S-layer-AuNP biohybrids. Surface plasmon resonance (SPR) spectroscopy enabled the measurement of S-layer proteins binding to flat gold surfaces, resulting in a stable protein layer used for the subsequent detection of CuSO4, NiCl2 and YCl3. The SPR chips were succesfully regenerated and reused for multiple functionalizations with S-layer proteins. The S-layer protein SslA from S. ureae ATCC 13881 was successfully adsorbed to the pristine NDs by physical conjugation. The NDs/SslA conjugates were used for the detection of CuCl2 and NiCl2, by measuring the agglomeration of the NDs and fluorescence quenching. The presented systems compensate many of the disadvantages associated with currently used techniques. They detect a broad variety of metal ions, minimizing the need for multiple methods. The detection limits were comparable to current colorimetric and chemical kit systems. The S-layer-AuNPs and NDs/S-layer biohybrids were quick and easy to handle, minimizing the need for highly qualitified personnel. In addition, the use of cost-effective materials such as NDs and the reusability of the biohybrids results in resource-efficient and cost-effective sensor systems. This project has shown the tremendous potential of S-layer proteins for the detection of REE and metal ions in water, by utilizing different detection systems like colorimetric AuNPs assays, SPR spectroscopy and NDs.

Nanopartikel basierte colorimetrische Assays bieten vielfältige Anwendungsmöglichkeiten vom Nachweis ionischer oder molekularer Spezies bis hin zu komplexen Strukturen, wie zum Beispiel Zellen oder Bakterien. Trotz der großen Anzahl von Anwendungsbeispielen in der Literatur gibt es nur sehr wenige Beispiele für den Fall, wenn Analyt und Sensorpartikel etwa gleich groß sind. Jedoch nimmt das Interesse an dem Nachweis solcher Analyten, wie zum Beispiel von Viren, in der Bioverfahrenstechnik, der Umwelttechnik und Medizin stetig zu. In der Dissertation wird anhand von drei unterschiedlichen Anwendungsbeispielen die lückenlose Anwendbarkeit des Nanopartikel basierten colorimetrischen Sensorprinzips für verschiedene Analyten aus dem gesamten interessierenden Größenspektrum nachgewiesen. Für die Detektion von Ionen bzw. Ionenkomplexen ist mit der Funktionalisierung der Goldnanopartikel mit bakteriellen Zellhüllenproteinen ein spezifisches Nachweisverfahren für spezielle Ionenkomplexe entwickelt worden. Erste Ergebnisse zum Nachweis von toxischen Arsen(V)-Komplexen in wässriger Lösung belegen das enorme Potential. Als Nachweisgrenze konnten Werte im Bereich herkömmlicher sensitiver Messverfahren ermittelt werden. Durch Untersuchung der Wechselwirkung von Au- und AuxAg1-x–Nanopartikeln mit dendritischen Polymerstrukturen mit Abmessungen im Größenbereich zwischen 2 und 5 nm konnten tiefere Einblicke in das Aggregationsverhalten der Partikel bei der Ausbildung größerer komplexer Strukturen erzielt werden, die eine sensorische Umsetzung ermöglichen. Derartige Betrachtungen existieren bisher nur für Ionen oder kleinere molekulare Spezies. Der Nachweis von Analyten mit zu den Nanopartikeln vergleichbarer Größe wird am Beispiel zweier unterschiedlicher viraler Proben, dem Rinder-Coronavirus (BCV) und einem humanen Influenzavirus (H3N2) in grundlegenden Experimenten demonstriert. Die Durchführung dieser Arbeiten mit prozessnahem Virusprobenmaterial ist mit besonderen Herausforderungen an die Signalgewinnung und Interpretation verbunden. Aufbauend auf diesen experimentellen Ergebnissen konnte in einer skalenübergreifenden Betrachtung für Analytgrößen vom Subnanometerbereich bis hin zu einigen hundert Nanometern die lückenlose, universelle Anwendbarkeit des colorimetrischen Sensorprinzips demonstriert werden. Diese Betrachtungen ermöglichen generelle Aussagen zur Lage des Farbumschlagbereiches sowohl in Abhängigkeit von der Analytgröße als auch der Funktionalisierung, der Konzentration und der Größe der Nanopartikel.

Die hier vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit Eignung bakterieller Hüllproteine als Bindungsmatrix für die Kopplung funktionaler Moleküle mit dem Ziel, sensorische Schichten zu erzeugen. Bakterielle Hüllproteine sind biologische SAMs, anderen Oberfläche sich modifizierbare COOH-, NH2- und OH-Gruppen befinden. Die Ausbildung polymerer Strukturen erfolgt dabei in wässrigen Systemen und auf Oberflächen. Im Zuge der boomenden Entwicklung von Biosensoren werden insbesondere Biotemplate gesucht, die zwischen biologischer Komponente und Sensoroberfläche vermitteln. Bakterielle Hüllproteine stellen eine solche Zwischenschicht dar. Als Anwendungsbeispiel wurden die Proteine daher mit einem FRET-Paar und Thrombin und Kanamycin-Aptameren modifiziert. Hierbei wurden das FRET-Paar H488 und H555 an die bakteriellen Hüllproteine der beiden Haldenisolate A12 und B53 mittels EDC mit einer Modifizierungsrate von 0,54 molFarbstoff/molProtein kovalent gebunden. Bei der vorhandenen p4-Symmetrie bedeutet dies, dass ein FRET-Paar pro Einheitszelle vorhanden war. Der Nachweis eines Energietransfers zwischen den beiden am Protein gebundenen Fluoreszenzfarbstoffen H488 und H555 erfolgte mittels statischer und zeitaufgelöster Fluoreszenzmessung. Die Ergebnisse zeigten, dass ein Energietransfer nur möglich war, wenn die Proteine in polymerer Form vorlagen, unabhängig davon, ob sich die Proteine immobilisiert an einer Oberfläche oder in wässriger Lösung befanden. Mittels Variieren des Donor-Akzeptor-Verhältnisses konnte ein maximaler Energietransfer von 40 % generiert werden, wenn das Verhältnis der Fluoreszenzfarbstoffe von Donor und Akzeptor 4 betrug. Die Fluoreszenzintensität der Fluorophore wurde durch die Bindung an die Proteine nicht verringert oder gelöscht. Dies legt nahe, dass die Farbstoffe in den hydrophoben Poren immobilisiert wurden und die Poren die Fluoreszenzfarbstoffe schützen. Um weitere Aussagen über die Lage der gebundenen Fluoreszenzfarbstoffe zu erhalten, wurden die bakteriellen Hüllproteine der Stämme A12 und B53 enzymatisch verdaut und die Fragmente mittels SEC und SDS-PAGE untersucht. Dabei zeigten sich je nach Enzym und Protein unterschiedliche Bandenmuster bezüglich modifizierter und nativer Hüllproteine. Dies belegt, dass die Fluoreszenzfarbstoffe an NH2-und COOH-Gruppen der Proteine gebunden wurden und so teilweise den enzymatischen Verdau hinderten. Die SEC deutet an, dass die Fluoreszenzfarbstoffe an verschiedenen Stellen am Protein gebunden wurden. In einem zweiten Beispiel wurde das bakterielle Hüllprotein von A12 mit einem Aptamer modifiziert. Aptamere sind kurze einzelsträngige Oligonukleotide, die u.a. mittels ihrer ausgebildeten 3D-Struktur spezifisch Zielstrukturen reversibel binden können. Die hier verwendeten Aptamere binden spezifisch Thrombin und Kanamycin. Die Aptamere wurden mit Hilfe einer der beiden Vernetzer PMPI oder Sulfo-SMCC an die bakteriellen Hüllproteine kovalent gebunden. Nach dem Modifizieren der Proteine wurden diese auf entsprechenden Sensorchips immobilisiert und die Aktivität des gekoppelten Aptamers mittels Affinitätsmessungen, SPR-Spektroskopie und QCM-D-Messungen analysiert. Die Funktion des gebundenen Thrombinaptamers konnte mittels Affinitätsmessungen und QCM-D nachgewiesen werden und entspricht in beiden Fällen einer Bindung von 2 nmol Thrombin pro Quadratzentimeter. Die Funktionalität des Kanamycinaptamers sollte mittels SPR bestimmt werden, jedoch konnte keine Funktionalität des gekoppelten Kanamycinaptamers nachgewiesen werden. Alle Messungen bestätigten jedoch, dass die Bindungsmatrix aus bakteriellen Hüllproteinen keinerlei oder nur ein sehr geringes Hintergrundsignal liefert. Werden nun beide Komponenten, FRET-Paar und Aptamere, an das Protein gebunden, ist es möglich, eine sensorische Schicht zu erzeugen. Die Zielstruktur, welche detektiert werden soll, wird an das Aptamer gebunden und so in räumliche Nähe zur Sensorfläche gebracht. Stell die Zielstruktur einen Fluoreszenzlöscher dar, so wird der Energietransfer durch die räumliche Nähe des Fluoreszenzlöscher gestört. Die Detektion des Zielmoleküls erfolgt nun über die Änderung von Fluoreszenzintensitäten. Die hier vorgelegte Arbeit soll einen Grundstein legen für die Entwicklung eines solchen Sensors und insbesondere die Detektion eines Energietransfers optimieren und Schwachstellen in der Detektion nachweisen. Die systematische Untersuchung der Fluoreszenzfarbstoffe auf dem Protein ermöglichen es, in zukünftigen Arbeiten einen FRET zweifelsfrei zu detektieren. Die Modifizierung von bakteriellen Hüllproteinen von A12 mit Aptameren und die Detektion der Funktionalität der Aptamere mittels verschiedener Methoden zeigte auf, dass die bakteriellen Hüllproteine als universelle Bindungsmatrix für sensorische Moleküle dienen können, bei denen Affinitätsmessungen, SPR- oder QCM-D-Messungen genutzt werden. Besonders hervorzuheben ist, dass bakterielle Hüllproteine nahezu kein Hintergrundsignal liefern und aufgrund ihrer dünnen Monolage von etwa 6 - 9 nm die Sensitivität der Messungen nur gering beeinträchtigen.

Durch Biotemplating mit bakteriellen Oberflächenproteinen, sogenannten S-Layer Proteinen können Metallcluster mit einer definierten Größe und Verteilung auf verschiedensten Oberflächen abgeschieden werden. Damit eröffnet sich die Möglichkeit der gezielten Präparation heterogener Katalysatoren. Mit der Kalorimetrie sollen die katalytischen Eigenschaften von mit Platin belegten S-Layer Präparationen am Beispiel der Kohlenmonoxidoxidation vorgestellt werden. Es werden geträgerte Katalysatoren und katalytisch aktive Schichten untersucht. Der Fokus liegt bei den Katalysatorschüttungen auf der Charakterisierung der katalytischen Eigenschaften und resultierend daraus auf einer Optimierung der Präparation. Für die Untersuchungen der katalytisch aktiven Schichten muss im Unterschied zu den Katalysatorschüttungen eine neuartige miniaturisierte Anordnung auf der Basis von Pt 1000 Widerstandsthermometern entwickelt werden. Dabei werden auch Parameter, die für eine spätere sensorische Applikation von Bedeutung sind, untersucht.