In der molekularen Diagnostik besteht ein Bedarf an schnellen und spezifischen Testsystemen, die entweder für die Labordiagnostik oder in Point of Care-Umgebungen eingesetzt werden können. Um dieses Ziel zu erreichen, stehen die Miniaturisierung und Parallelisierung im Mittelpunkt des Forschungsinteresses. Die führende Methode im Bereich der DNA-Analytik ist derzeit die Realtime-PCR. Dieser Technologie sind hinsichtlich der Multiplexfähigkeit technologischen Hürden gesetzt, da derzeit nur eine Analyse von maximal vier Parametern parallel in einem Versuchsansatz erfolgen kann. Microarrays stellen hingegen die benötigten Voraussetzungen zur Verfügung, um als Werkzeuge für die Multiparameteranalyse in verschiedensten Anwendungsbereichen zu dienen.
Ein Schwerpunkt dieser Arbeit war es, Multiplex-PCRs und diagnostische Microarrays zu entwickeln, die für analytische Fragestellungen eine schnelle und zuverlässige Multiparameteranalytik ermöglichen, um die bisherigen Einschränkungen aktueller Nachweisverfahren zu vermeiden. Als Anwendungen wurden zum einen ein Nachweissystem für acht relevante Geflügelpathogene zur Überwachung in der Geflügelzucht, zum anderen ein Nachweissystem zur Identifikation potentiell allergener Lebensmittelinhaltstoffe entwickelt.
Neben der Entwicklung geeigneter PCR und Multiplex-PCR-Verfahren sowie spezifischer Microarrays für die Detektion der gesuchten Zielsequenzen stand auch die weiterführende Integration von DNA-Amplifikation und Microarray-Technologie im Fokus dieser Arbeit. Die OnChip-Amplifikation stellt eine Möglichkeit dar, um DNA-Analytik und Detektion in einem Reaktionsschritt zu integrieren. Entsprechend wurden die in der Arbeit entwickelten PCR- und Multiplex-PCR-Verfahren zum Nachweis potentieller allergener Lebensmittelinhaltsstoffe für die OnChip-Amplifikation adaptiert und Reaktionsbedingungen getestet, die eine Multiparameteranalyse auf dem Chip ermöglichen.
Die entwickelten OnChip-PCR-Verfahren zeigten eine hohe Spezifität sowohl in Single- als auch in der Multiplex-OnChip-PCR. Eine Sensitivität von 10 Kopien bzw. <10ppm konnte in Single-OnChip-PCRs für den Nachweis allergener Lebensmittelinhaltsstoffe gezeigt werden. In Multiplex-OnChip-PCRs konnten 10-100ppm allergene Verunreinigungen spezifisch in unterschiedlichen Lebensmitteln nachgewiesen werden.
Ein weiterer Schritt in Richtung einer möglichen Verwendung im Point of Care-Bereich stellt der Einsatz eines isothermalen Amplifikationsverfahrens dar. Vorteil eines solchen Verfahrens ist die Möglichkeit, auf das ansonsten benötigte Thermocycling zu verzichten. Dies vereinfacht eine Integration der OnChip-Amplifikation in mobile Analysegeräte oder Lab on Chip-Systeme und qualifiziert das Verfahren für den Einsatz in Point of Care-Umgebungen. In dieser Arbeit wurde eine noch junge isothermale Amplifikationsmethode, die helikase-abhängige Amplifikation (HDA), hinsichtlich ihrer Eignung für die Integration auf einem Microarray getestet. Hierfür konnte die bislang erste OnChip-HDA für Einzel- und Duplex-Nachweise von Pathogenen entwickelt werden. / In molecular diagnostics there is a need for fast and specific assay systems that could be used in the clinics and in point of care settings alike. Therefore miniaturisation and parallelisation are in the main focus of current assay development researches. The current gold standard for DNA analytics is the realtime PCR. However, this technology has its restraints in context to multiplex analysis. With the currently available technology an efficient multiplexing is only possible for four different targets per analysed sample. Microarrays in contrast offer the needed multiplex capabilities and have advanced to capable tools used in multiple fields of application.
One focus of this work was the integration of Multiplex PCR and microarray technology, developing a microarray capable of analysing multiple parameters in one given sample, circumventing the problems and restraints of the exsisting technologies. As an example microarray assays for two different application fields were developed. One microarray assay for the detection of pathogens in poultry and another microarray assay for the detection of potentially allergenic food ingredients. Single- and Multiplex OnChip-PCR assays for both applications were developed and tested.
OnChip-PCRs developed in this work showed high specificity in Single- and Multiplex-OnChip amplifications. The sensitivity was in the range of 10 DNA copies or 10ppm respectively for Single-OnChip-PCR in experiments for the detection of allergenic food contaminations. In Multiplex-OnChip-PCR experiments 100 DNA copies or 100ppm of food contaminents could be detected in different food matrices.
A further focus of this work was the adaption of the OnChip amplification for the use in Point of Care settings. Isothermal amplification is a promising approach having the advantage of avoiding the thermocycling needed in the PCR. This opens up certain opportunities for the development of smaller, more flexible mobile diagnostic analysis devices. In this work we have evaluated the helicase dependent amplification (HDA) in terms of usability in OnChip amplification. In this work it was shown for the first time that HDA could be used for the detection of different pathogens in an Duplex-OnChip-PCR, showing the potential of this technology for integration in Point of Care settings.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:Potsdam/oai:kobv.de-opus-ubp:3946 |
| Date | January 2009 |
| Creators | Andresen, Dennie |
| Publisher | Universität Potsdam, Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät. Institut für Biochemie und Biologie |
| Source Sets | Potsdam University |
| Language | German |
| Detected Language | German |
| Type | Text.Thesis.Doctoral |
| Format | application/pdf |
| Rights | http://opus.kobv.de/ubp/doku/urheberrecht.php |
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