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- 4 Material und Umwelt (7)
- 6.6 Physik und chemische Analytik der Polymere (7)
- 7 Bauwerkssicherheit (6)
Homochirality is an obvious feature of life on Earth. On the other hand, extraterrestrial samples contain largely racemic compounds. The same is true for any common organic synthesis. Therefore, it has been a perplexing puzzle for decades how these racemates could have formed enantiomerically enriched fractions as a basis for the origin of homochiral life forms. Numerous hypotheses have been put forward as to how preferentially homochiral molecules could have formed and accumulated on Earth. In this article, it is shown that homochirality of the abiotic organic pool at the time of formation of the first self-replicating molecules is not necessary and not even probable. It is proposed to abandon the notion of a molecular ensemble and to focus on the level of individual molecules. Although the formation of the first self-replicating, most likely homochiral molecule is a seemingly improbable event, on a closer look, it is almost inevitable that homochiral molecules have formed simply on a statistical basis. In this case, the non-selective leap to homochirality would be one of the first steps in chemical evolution directly out of a racemic “ocean”. Moreover, most studies focus on the chirality of the primordial monomers with respect to an asymmetric carbon atom. However, any polymer with a minimal size that allows folding to a secondary structure, would spontaneously lead to asymmetric higher structures (conformations). Most of the functions of these polymers would be influenced by this inherently asymmetric folding. To summarize, simple and universal mechanisms may have led to homochiral self-replicating systems in the context of chemical evolution. A homochiral monomer pool is deemed unnecessary and probably never existed on primordial Earth.
Antikörper sind in der medizinischen Welt nicht mehr wegzudenken. Ihr Einsatz-Repertoire als Therapeutika für die Behandlung diverser Krankheiten und Infektionen weitet sich von Jahr zu Jahr mehr aus. Dabei basiert ein Großteil der verwendeten Antikörper zu diesem Zeitpunkt auf monoklonalen Antikörpern auf Basis von Hybridomazellen. Doch hier könnten rekombinante Antikörper aufgrund ihrer Vektor-basierten Expression eine vielversprechende und womöglich sogar revolutionierende Alternative bieten. So ergeben sich neue Optimierungsoptionen für Merkmale wie Affinität, Stabilität und Kompatibilität über Anpassungen auf genetischer oder posttranslationaler Ebene. Allerdings ergibt sich kein Anwendungszweck ohne die vorhergehende detaillierte Charakterisierung der Antikörper. Denn nur mit spezifischem Wissen über die diversen Eigenschaften und Wechselwirkungen kann eine effektive und präzise Verwendung in der Diagnostik und Therapeutik gewährleistet werden und auf diese Weise Leben retten.
Aus diesem Grund beschäftigt sich diese Masterarbeit mit der Vertiefung der rekombinanten Antikörper-Thematik. Dazu soll ein Anti-Tetanus-Antikörper erstmals rekombinant in verschiedenen Zelllinien hergestellt und anschließend über umfangreiche analytische Verfahren mit einem Fokus auf die Einflussanalyse der unterschiedlichen posttranslationalen Glykosylierungen charakterisiert werden. Zu diesem Zweck wurden als Grundlage einerseits zwei P1316-Dual-Expressions-Vektoren mit variierenden Insert-Positionen der schweren und leichten Kette durch Gibson-Assembly sowie individuellen pRK5-Plasmide für eine separiert Expression der Antikkörperketten mithilfe Restriktionsfragment-Ligation generiert. In einer Gegenüberstellung der der Expressionsausbeuten stellte sich die Überlegenheit der P1316-Plasmid-Konfiguration heraus, in der das Leichtketten-Insert an der ersten Expressionsstelle positioniert ist. Deshalb wurde dieser Vektor als Ausgangspunkt für die anschließende hochskalierten Herstellung des Anti-Tetanus-Antikörpers in Expi293F-GnTI- und ExpiCHO-S-Zellen verwendet. Ein ELISA bestätigte die Bindungsaktivität der rekombinanten Antikörper am Tetanus-Toxoid unabhängig vom Expressionssystem. Nach einer folgenden Optimierung der für die Aufreinigung verwendeten Protein-A-Affinitätschromatographie, wurde über weitere Charakterisierungsmethoden wie Größenausschlusschromatographie und dynamische Lichtstreuung eine vergleichbare Aggregation aufgrund der sauren Elution aufgezeigt. In diesem Kontext wurde die Notwendigkeit einer Zweistufen-Präparation mit Affinitäts- und Größenausschlusschromatografie für den Erhalt monodisperser Proben verdeutlicht. Zudem wurden die verschiedenen intakten Massen mitsamt ihrer spezifischen Glykan-abhängigen Streumaßen in Relation zum monoklonalen NISTmAB-Referenzantikörper bestimmt. Dabei konnte den Erwartungen nach sowohl die geringere Masse als auch die uniformere Glykosylierung der in Expi293 GnTI- exprimierten Immunoglobuline in Relation zum ExpiCHO-S-Antikörper nachgewiesen werden. Anschließend wurde das Stabilitätsverhalten mittels thermischer Entfaltung und dynamischer Lichtstreuung über einen ausgeweiteten Zeitraum sowie verschiedenen Temperaturen dokumentiert. Grundlegend wurde eine höhere thermische Stabilität der zweiten konstanten Schwerketten-Domäne des aus ExpiCHO-S-Zellen stammenden Antikörpers nachgewiesen. Außerdem konnte eine problemlose Lagerungsfähigkeit beider unterschiedlich glykosylierter Antikörper bei Raumtemperatur für mindestens 4 Wochen festgestellt werden. Des Weiteren wurde die Langzeitlagerung im Rahmen der Auswirkung von Gefrier-Auftau-Zyklen mit gleichbleibenden Methoden sowie zusätzlicher Größenausschlusschromatographie erprobt. Hierbei stellte sich der Erhalt der strukturellen Integrität nach bis zu 15 Zyklen heraus. Allerdings geht die Monodispersität bereits nach wenigen Zyklen verloren, wobei die geringfügiger glykosylierten Expi293F-GnTI-Anti-Tetanus-Antikörper eine stärkere Beeinträchtigung durch multiple Gefrier-Auftau-Zyklen aufwiesen.
Die Pulskompression wird in der Radartechnik eingesetzt, um den Signal-Rausch-Abstand zu erhöhen. Das Ziel ist es die Entdeckungswahrscheinlichkeit eines Nutzsignals bei gleichbleibender Auflösung zu erhöhen. Durch den Einsatz von Barker Codes oder komplementären Golay Codes werden Sendesignale von Luftultraschallanwendungen pulscodiert. Dies ermöglicht in der zerstörungsfreien Prüfung die Inspektion von dickeren Bauteilen, da die Signalenergie durch zeitlich gestreckte Sendesignale bei gleicher Auflösung vergrößert wird.
In dieser Arbeit wird die Pulskompression durch die Einführung von unipolaren Sequenzen zur Pulscodierung für thermoakustische Ultraschallwandler ermöglicht. Der Signal-Rausch-Abstand wird in der Anwendung der Pulscodierung und anschließenden Filterung mit einem signalangepassten Filter in Luftultraschallmessungen mit dem thermoakustischen Wandler und Wandlern aus zellulärem Polypropylen erhöht.
Nanoparticles (NPs) are tiny – around 1 to 100 billionths of a meter – and can have different chemistries and behaviours than the same material of larger size. This property has led to advances in a wide range of industries, but it can also confer toxicity. Size measurements are the main way NPs are identified but a lack of standardised methods for identifying ones with complex shapes has hindered evaluation of their potential harm.
Bio-electrochemical CO2 conversion into organic products using precious-metal free electrocatalysts
(2024)
For the realization of a sustainable economy, it is of great importance to make use of CO2 for the production of multi-carbon organic chemicals used as feedstock in the chemical industry as well as carbon-neutral fuels (Varela et al. 2019). A promising approach is the electrochemical CO2 reduction followed by microbial conversion of the reduced products.
This document constitutes the Strategic Research Agenda (SRA) for the European Metrology Network for Mathematics and Statistics in Metrology (EMN Mathmet). The EMN Mathmet is an alliance of European National Metrology Institutes (NMIs), Designated Institutes (DIs) and an EMN Partner that aims to strengthen research and cooperation in the field. The SRA has been developed within a European project (EMPIR 18NET05 MATHMET) to promote and support the network. The SRA was developed based on a consultation process with stakeholders and the strategies of individual NMIs and DIs, and in alignment with the EURAMET 2030 strategy.
As a key result, the SRA defines a long-term research goal: the EMN Mathmet will coordinate research to strengthen the trust in algorithms, software tools and data to underpin digital transformation. For this purpose, new emerging research topics where algorithms, software tools and data play a significant role were identified: (i) Artificial Intelligence and Machine Learning, and (ii) Computational Modelling and Virtual Metrology. The foundation for the development of these new topics is given by the traditional focus on (iii) Data Analysis and Uncertainty Evaluation. The SRA characterises the future needs and challenges in the field of mathematics and statistics in metrology and provides an outline of how the EMN Mathmet can meet these new emerging requirements.
Harmonized and interoperable national Quality Infrastructure (QI) systems are essential for fostering cooperation, promoting mutual trust, and facilitating trade. The true potential of the QI is realized when its elements and actors are seamlessly integrated into a cohesive digital QI ecosystem. Recent developments towards industrial international data spaces enable such an ecosystem but require the integration of QI principles. Recognizing the lack of such a platform, Quality-X aims at setting the stage for the implementation of a QI ecosystem in international data spaces (IDS), GAIA-X and related German and European projects dedicated to secure data sharing. Quality-X is not about the construction of a platform; it is the creation of an inclusive QI ecosystem with harmonized interfaces. Instead of imposing rigid data structures, it prioritizes interoperability. Through the utilization of Decentralized Identifiers (DIDs), Verifiable Credentials, and Identity Hubs, Quality-X seeks seamless interactions across diverse service provider systems.
This white paper introduces the concept and vision of Quality-X and discusses the general prerequisites for integrating QI processes within data spaces. Further on, we introduce existing testbeds, which will serve as an experimental proving ground for exploring various use cases related to the implementation of the vision of a QI-Digital.
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Harmonisierte und interoperable nationale Qualitätsinfrastrukturen (QI) sind für die Förderung der Zusammenarbeit, des gegenseitigen Vertrauens und der Erleichterung des Handels unerlässlich. Das wahre Potenzial der QI kommt zum Tragen, wenn ihre Elemente und Akteure nahtlos in ein kohärentes digitales QI-Ökosystem integriert werden. Die jüngsten Entwicklungen hin zu industriellen internationalen Datenräumen ermöglichen ein solches Ökosystem, erfordern jedoch die Integration von QI-Prinzipien. Angesichts des Fehlens einer solchen Plattform zielt Quality-X darauf ab, die Voraussetzungen für die Umsetzung eines QI-Ökosystems in internationalen Datenräumen (IDS), GAIA-X und verwandten deutschen und europäischen Projekten zum sicheren Datenaustausch zu schaffen. Bei Quality-X geht es nicht um den Aufbau einer Plattform, sondern um die Schaffung eines umfassenden QI-Ökosystems mit harmonisierten Schnittstellen. Anstatt starre Datenstrukturen aufzuerlegen, steht die Interoperabilität im Vordergrund. Durch die Verwendung von dezentralen Identifikatoren (DIDs), überprüfbaren Berechtigungsnachweisen und Identitäts-Hubs strebt Quality-X eine nahtlose Interaktion zwischen verschiedenen Systemen von Dienstleistern an.
Dieses Whitepaper stellt das Konzept und die Vision von Quality-X vor und erörtert die allgemeinen Voraussetzungen für die Integration von QI-Prozessen in Datenräumen. Darüber hinaus stellen wir bestehende Testbeds vor, die als experimentelles Versuchsfeld für die Erforschung verschiedener Anwendungsfälle im Zusammenhang mit der Umsetzung der Vision einer QI-Digital dienen sollen.
Mykotoxine sind sekundäre Stoffwechselprodukte, die von Schimmelpilzen gebildet werden. Sie sind unvermeidliche Lebensmittelkontaminanten und stellen daher ein ernstes Gesundheitsrisiko für Mensch und Tier dar. Aus diesem Grund hat die Europäische Kommission Vorschriften erlassen, die Höchstwerte für Mykotoxine in bestimmten Lebensmitteln vorsehen. Um die gesetzlichen Grenzwerte einzuhalten, müssen in der Lebensmittelindustrie Mykotoxinanalysen der eingehenden Waren durchgeführt werden.
Gegenwärtig umfasst die Analyse zeitaufwändige Probenvorbereitungsschritte, denen in der Regel eine chromatographische Analyse folgt.
Immunoassays ermöglichen eine Vor-Ort-Analyse, aber in der Regel sind für feste Lebensmittelproben lösungsmittelbasierte Extraktionsschritte erforderlich. Da Immunoassays in der Regel nicht mit den hohen Lösungsmittelkonzentrationen kompatibel sind, die üblicherweise für die Mykotoxinextraktion verwendet werden (z.B. Acetonitril oder Methanol), war es das Ziel dieser Arbeit, ein Extraktionsverfahren für die Mykotoxine Deoxynivalenol und Ochratoxin A aus Weizenmehl und Getreide zu entwickeln, das für Immunoassays und -sensoren verwendet werden kann. Vier verschiedene Lösungsmittel, Methanol (10 %), Ethanol (5 %) und Acetonitril (10 %) sowie Milli-Q-Wasser wurden für die Extraktion des Analyten Deoxynivalenol getestet. Um negative Umweltaspekte zu vermeiden und aufgrund der vergleichbaren Extraktionseffizienz von Milli-Q-Wasser gegenüber den anderen Lösungsmitteln, wurde Milli-Q-Wasser als Extraktionslösung im optimierten Extraktionsprotokoll für Deoxynivalenol verwendet.
Es wurden verschiedene Extraktionsbedingungen, wie die Extraktionszeit, das Lösungsmittel-Feststoff-Verhältnis, der Filtrationsschritt, der Zentrifugationsschritt sowie die Zusammensetzung des Wassers untersucht. Auf der Grundlage der Ergebnisse wurde ein Extraktionsprotokoll festgelegt, mit dem Wiederfindungsraten in einem Bereich von x bis x erzielt wurden. Das Extraktionsprotokoll umfasste die Extraktion von 2 g Weizenmehl mit 40 ml Milli-Q-Wasser für 30 Minuten, die anschließende Zentrifugation bei 3000 U/min für 15 Minuten bei 4 °C und die Filtration des Überstands.
Liaison activities within ISO/TC 202 'Microbeam Analysis' which are relevant to ISO/TC 229 'Nanotechnologies' are reported acoording to the structure defined by ISO/TC229 Nanotechnologies Liaisons Coordination Group (NLCG): new standards/documents, coordination issues, and further detailed specific information, e.g. publications, events, comments.
Das gesellschaftliche Ziel der Defossilisierung der Energieversorgung erfordert eine disruptive Veränderung der Wärmebereitstellung. In Berlin und in den größten Brandenburger Städten Potsdam und Cottbus werden noch über 80 % der Nutzwärme über fossile Energieträger bereitgestellt. Die notwendigen Veränderungen erfordern Lösungen, die den tiefen Untergrund der Region nutzen. Allein die Nutzung der tiefen Geothermie kann mindestens 25% des Wärmebedarfs in Deutschland decken. Die Infrastruktur zur Verteilung dieser erneuerbaren Wärme ist bereichsweise vorhanden. Sie muss allerdings lokal und in ländlichen Gebieten weiter ausgebaut werden.
Für die Sektoren Strom und Verkehr steht zwar Energie insbesondere aus Sonne und Wind bereit, aber wegen des zeitlich variablen Angebots besteht ein erheblicher Bedarf an großtechnischen Speichern für Strom und Wärme oder auch für Energieträger (z. B. Wasserstoff). Die saisonale oder temporale Überproduktion an Strom und Wärme aus erneuerbaren Energien zwingt dazu, eine urbane Speicherinfrastruktur aufzubauen, um eine grundlastfähige und bedarfsgerechte Lieferung zu realisieren. Hinzu kommt die Aufgabe das Treibhausgas Kohlendioxid aus der Atmosphäre zu reduzieren und unterirdisch dauerhaft zu lagern. Auch hier werden Speichertechnologien und ‐räume benötigt.
Die nachhaltige energetische Nutzung des unterirdischen Raumes ist geeignet, entscheidende Beiträge zu einer zukünftigen Energiewirtschaft ohne fossile Brennstoffe zu leisten. Diese große interdisziplinäre Aufgabe erfordert die Zusammenarbeit vieler Fach‐, und Forschungseinrichtungen, die im Raum Berlin‐
Brandenburg vorhanden sind und in einer regionalen Forschungsallianz gebündelt werden sollen. Für die Region Berlin‐Brandenburg ergibt sich daraus die Chance, eine Schlüsselrolle in der Grundlagen‐ und angewandter Forschung zur Transformation des Energiesystems zu übernehmen und weltweit als Vorbild zu dienen.
Im vorliegenden Papier werden die Formen einer nachhaltigen Geoenergienutzung, das geologische Potenzial der Region Berlin Brandenburg und dessen bisherige geoenergetische Nutzung dargestellt. Aus diesem Wissen wird der Ist‐Zustand hinsichtlich des energiewirtschaftlichen Potenzials und der sich daraus ergebenden Nutzungsoptionen abgeleitet, um darauf aufbauend Maßnahmen darzustellen, mit denen spürbare Beiträge zur Dekarbonisierung erreicht werden können. Daraus ergeben sich Handlungsempfehlungen für die Region, verbunden mit einem möglichen Beitrag der GEB² zum Risikomanagement, Investitionen in Schlüsseltechnologien, der Aus‐ und Weiterbildung, sowie der Akzeptanzerhöhung für geoenergetische Projekte.
DICONDE in der ZfP
(2023)
DICONDE (Digital Imaging and Communication in Non-Destructive Evaluation) ist ein offener internationaler Standard zur Speicherung und zum Austausch industrieller Prüfdaten und prozessbezogener Informationen. Der DICONDE-Standard definiert sowohl die Semantik für eine strukturierte Speicherung von Daten als auch die netzwerkbasierte Kommunikation zwischen zwei Endpunkten. Damit lassen sich viele Vorgänge von Prüfprozessen digital und sicher abbilden und gleichzeitig normative Anforderungen wie eine Rückführbarkeit zum Prüfer und Prüfobjekt sowie eine Reproduzierbarkeit von Prüfergebnissen erfüllen.
DICONDE (Digital Imaging and Communication in Non-Destructive Testing) is an open international standard for storing and exchanging industrial test data and process-related information. The DICONDE standard defines both the semantics for structured storage of data and the network-based communication between two endpoints. This allows many test processes to be mapped digitally and securely, while at the same time meeting normative requirements such as traceability to the tester and test object and reproducibility of test results.
We demonstrate the determination of anharmonic acoustic phonon properties via second-order Raman scattering exemplarily on copper iodide single crystals. The origin of multi-phonon features from the second-order Raman spectra was assigned by the support of the calculated 2-phonon density of states. In this way, the temperature dependence of acoustic phonons was determined down to 10\,K. To determine independently the harmonic contributions of respective acoustic phonons, density functional theory (DFT) in quasi-harmonic approximation was used. Finally, the anharmonic contributions were determined. The results are in agreement with earlier publications and extend CuI's determined acoustic phonon properties to lower temperatures with higher accuracy. This approach demonstrates that it is possible to characterize the acoustic anharmonicities via Raman scattering down to zero-temperature renormalization constants of at least 0.1cm−1.
Es handelt sich hierbei um die erste Veröffentlichung einer verifizierbaren eAttestation (DCC mit DAkkS-Siegel). Sie wurde vom akkreditierten Kalibrierlabor D-K-11075-08, im Rahmen des QI-Digital Vorhabens, für den Fachbereich 8.1 erstellt und dient im Zusammenhang mit dem Vortrag "Digitale Kalibrierzertifikate – die Umsetzung in akkreditierten Laboratorien" auf dem 324. PTB-Seminar "Berechnung der Messunsicherheit – Empfehlungen für die Praxis" als Anschauungsmaterial für die Digitalisierung in der Metrologie.
The outbreak of SARS-CoV-2 in December of 2019, led to a worldwide still on-going pandemic. Since then, several so-called waves of SARS-CoV-2 infections, a time period with a high and fast rising number of new infections, have occurred all over the world. Classic surveillance approaches are hardly applicable, and further, non-detected cases cannot be covered by them. Wastewater-based Epidemiology (WBE) was proven to be a reliable tool for the prediction of new SARS-CoV-2 infection waves, due to the discharge of virus particles in fecal shedding of infectious people. Until now, for the monitoring of SARS-CoV-2 in wastewater, Polymerase Chain Reaction (PCR) is used as analytical tool. Even though PCR is a highly sensitive analytical tool, is presents several disadvantages, such as the need for trained personnel, specific technical equipment, as well as a difficult performance. An analytical tool, to which these disadvantaged do not apply, are immunoassays. In this work, a sandwich Enzyme-Linked Immunosorbent Assay (ELISA), with the immobilization of the capture antibodies on the surface of a Microtiter Plate (MTP), as well as a sandwich Magnetic Bead-Based Assay (MBBA), with immobilization of the capture antibodies on the surface of Magnetic Beads (MBs), targeting the SARS-CoV-2 N-protein, were developed and optimized. Both assay formats were performed with a colorimetric and chemiluminescent detection. The developed assay is composed of the two monoclonal antibodies (mAb) AH2 and DE6 - which was biotinylated in the course of the work - which bind to two different epitops of the antigen N-protein. As tracer, Neutravidin-HRP was used, which binds, through interaction of the Neutravidin with the biotin, to the mAb DE6-Biotin. The assay development and optimization procedure included the investigation of the surface saturation with the mAb AH2, the concentration and dilution of the mAb DE6-Biotin and Neutravidin-HRP, the ideal MBs, the ideal coating as well as dilution buffers, and the colorimetric and chemiluminescent substrates. For the developed and fully optimized colorimetric ELISA, a test midpoint x0 of 388 μg/L, for the chemiluminsecent ELISA of 371 μg/L, for the colorimetric MBBA of 251 μg/L and for the chemiluminescent MBBA of 243 μg/L was obtained. Validation of the colorimetric MBBA was done by measurement of three wastewater samples collected at the Wastewater Treatment Plant (WWTP) Potsdam. Whilst no N-protein could be detected in the samples, by spiking of the wastewater samples with certain concentrations of the N-protein, 10- to 18-times lower concentrations could be back-calculated, which can be attributed to matrix-effects of the wastewater sample. Next to the matrix-effects, also several other reason exist, why no N-protein could be determined in the samples. Because of that, further investigation of the handling, and the measurement of the wastewater samples, as well as the improvement of the assay sensitivity through further optimization steps or exchange of the antibodies, is still necessary.
Das Ziel der vorliegenden Arbeit war die rekombinante Herstellung der AnFAO in E. coli, welche ursprünglich von A. niger produziert wird, und deren anschließende Anwendung in der Entwick-lung eines Fumonisin- Biosensors für die Lebensmittelanalytik. In Bezug auf die aktuell steigen-den Lebensmittel- und Rohstoffpreise ist die Entwicklung eines Schnelltestsystems zur Detektion von Kontaminationen mit Mykotoxinen besonders gefragt, da zusätzliche Verluste und Kosten verhindert werden können. Für die Herstellung der AnFAO als MBP-Fusionsprotein und Biotin-Fusionsprotein mit zusätzlichem 6x His-Tag wurden die pET-MBP-AnFAO und pRSET-BH6-An-FAO Expressionsvektoren erfolgreich konstruiert. Die lösliche Expression im Cytoplasma wurde von MBP-AnFAO erreicht, wobei die Expression von BH6-AnFAO in inclusion bodies erfolgte und keine Aktivität des Enzyms nachgewiesen wurde. Die Enzymaktivität von MBP-AnFAO wurde im optischen Assay und amperometrisch durch die Detektion von H2O2 ermittelt. Im optischen Assay wurde die maximale spezifische Aktivität von 2,45 U/mg bei 45 °C, einer Enzymkonzentration von 3 μM und 50 μM FB1 erreicht. Generell wurden mit FB1 als Enzymsubstrat höhere Fluoreszenzsig-nale und dementsprechend höhere Enzymaktivitäten als für FB2 beobachtet. Es wurde ein linearer Zusammenhang der Enzymaktivitäten mit der Substratkonzentration beobachtet. Außerdem wurde ein Anstieg der H2O2-Konzentration mit zunehmender Inkubationszeit (bis zu 60 Minuten) erkannt. Des Weiteren wurde der Einfluss des MBP-Fusionsproteins auf die Enzymaktivität des AnFAO untersucht. Dabei wurde anhand von wesentlich geringeren Aktivitäten für AnFAO allein ein eventueller Einfluss des MBP auf dessen Aktivität festgestellt. Ein elektrochemischer Aufbau wurde zur Entwicklung eines Fumonisin- Sensors genutzt. Dazu wurde nachgewiesen, dass FB1 von rekombinant hergestelltem MBP-AnFAO unter Bildung von NH3 und H2O2 zu weniger toxi-schem FB1, dem FPy1, oxidiert werden kann. An der PB/Kohlenstoff-Elektrode, welche sensitiver gegenüber H2O2 und stabiler als die CoPC/Kohlenstoff Elektrode war, wurde die Reduktion des enzymatisch gebildeten H2O2 gemessen. Die Erstellung einer FB1- Kalibriergerade mit FB1- Lösun-gen verschiedener Konzentrationen zeigte, dass das Enzym auch in immobilisierter Form in der Lage ist unterschiedliche Konzentrationen an FB1 zu desaminieren. Dazu gehört auch der Kon-zentrationsbereich unterhalb des festgelegten Grenzwertes von 2,7 μmol/kg für Fumonisin. Die amperometrischen Kurven hierfür wurden an der PB/Kohlenstoff-Elektrode erfolgreich aufge-nommen. Störungen des H2O2- Redoxstroms durch das Enzym, der Enzymsubstrate und der Ne-benprodukte während der amperometrischen Messung wurden ausgeschlossen. Sowohl im opti-schen als auch im amperometrischen Assay wurde ausschließlich das enzymatisch gebildete H2O2 bestimmt.
Virus-like particles are of great interest. Due to the lack of functional amino acids, they are non-infectious and are widely investigated for their usage in the biomedical field, such as nanomaterials, vaccines, drug delivery.
This thesis is about the engineering of virus-like particles, which are formed by self-assembly of LRV1 capsid proteins. Basis was a publication by Procházková et al. (2021), where the structure of virus-like particles, derived from recombinant LRV1 capsid proteins, was determined using cryo-electron microscopy.
Goal of my work was to investigate, whether it is possible to modify the surface of LRV1 virus-like particles by protein engineering. Next to an LRV1 capsid protein with a C-termini polyhistidine-tag like in the publication, a genetically modified LRV1 capsid protein with an internal polyhistidine-tag was supposed to be expressed. It was supposed to be analyzed, whether it still comes to a self-assembly of the capsid proteins.
The genetical constructs were generated by PCR based on a complementary LRV1 DNA, cloned into an expression vector, and using Sanger sequencing it was shown that the amino acid sequences were like expected. For the recombinant expression different E. coli (BL21 STAR (DE3), BL21 (DE3) pLysS, BL21 STAR (DE3) pRARE3 and T7 express lysY/Iq) strains were used, as well as different expression conditions tested by varying temperature, medium, isopropyl-ß-D-thiogalactoside oncentration, and induction duration. Best results were obtained expressing in T7 express lysY/Iq for 5 hours in Terrific Broth medium at 16 °C and 3 mM Isopropyl ß-D-1thiogalactopyranoside. After that, the recombinant proteins were purified under native conditions by their polyhistidine-tags using nickel affinity chromatography. Overall, a higher yield was obtained for the capsid protein with the C-termini polyhistidine-tag during expression, which was also visible in all following experiments. The expression of both constructs in E. coli was comparably low. Still, it was possible to validate for virus-like particles for both proteins using transmission electron microscopy. Thus, it was demonstrated for the first time that surface-modified LRV1 capsid proteins are able to assemble into virus-like particles. For further experiments and higher yield of soluble LRV1 capsid proteins for virus-like particle production, a different expression system should be used: Therefore, the LEXSY expression system should be optimal, it bases on Leishmania tarenolae, a natural LRV1 host system.
A Round Robin study has been carried out to estimate the impact of the human element in small-angle scattering data analysis. Four corrected datasets were provided to participants ready for analysis. All datasets were measured on samples containing spherical scatterers, with two datasets in dilute dispersions, and two from powders.
Most of the 46 participants correctly identified the number of populations in the dilute dispersions, with half of the population mean entries within 1.5 % and half of the population width entries within 40 %, respectively. Due to the added complexity of the structure factor, much fewer people submitted answers on the powder datasets.
For those that did, half of the entries for the means and widths were within 44 % and 86 % respectively. This Round Robin experiment highlights several causes for the discrepancies, for which solutions are proposed.
Continuing progress in the field of X-ray scattering methods empowers scientists with new possibilities to capture the most important piece of information about the structure of the sample - its 3D electron density.
Although the first methods appeared almost a century ago, recovering the density structure of a sample is still very problematic. Most avail-able imaging techniques transform a 3D electron density of a realspace structure into the 2D Fourier Transform of the intensity of scattered waves in the reciprocal space. This process causes a loss of information.
Firstly, instead of a 3D sample, a 2D image is created, and secondly, the phase information of the scattered waves is lost. The latter is known as the ”phase problem” and poses a serious obstacle on a way to recover a 3D electron density. In this work, we draw attention to the problem of forward and inverse Small Angle X-Ray Scattering. In the first, forward, part, we rethink the existing pipelines to computationally simulate such scattering experiments. Although there are efficient implementations of fast Fourier transformation, they often have some drawbacks. For instance, to calculate a 3D fast Fourier transform it is required to place its density in the RAM. For high-resolution structures of size > 1024 3 , this becomes very problematic, as the whole density structure requires more than 16 GB of memory.
CUDA solution allows for a very fast and parallelizable implementation of high-resolution data on hundreds of last-generation machines.
Such computations are very pricy and inaccessible for most scientists.
To bypass this limitation, we propose a solution for a split-up 3D fast Fourier transform, which is implemented as a sequence of 2D and 1D operations. We compare our implementation on the simulated 3D shapes and show the result of a proof-of-concept on 4096 3 Metallorganic framework density structure. In the second, inverse problem, we train an invertible neural network, that given scattering data can predict the shape and its parameters. The architecture is built such, that the inverse problem is learned together with the forward process - the Fourier Transformation. We achieved very good results with this architecture, nonetheless, further testing is required, as the current training set only encompasses three simple shapes: sphere, hard sphere and cylinder.
All code to reproduce and analyze the results is available at https: //github.com/sofyalaski/SAXS-simulations.
The liaison report from the ISO Technical Committee ISO/TC 202 'Microbeam Analysis' for the November 2022 ISO/TC 229 Nanotechnologies Plenary Meeting Nanotechnologies Liaison Coordination Group (NLCG) is provided. Essential Information such as newly published standards and projects in develeopment relevant for ISO/TC 229 resulted from the progress within the last year and additional comments on behalf of ISO/TC 202 are included in the report.
Im Auftrag des Bundesministeriums für Wirtschaft und Klimaschutz haben DIN und DKE im Januar 2022 die Arbeiten an der zweiten Ausgabe der Deutschen Normungsroadmap Künstliche Intelligenz gestartet. In einem breiten Beteiligungsprozess und unter Mitwirkung von mehr als 570 Fachleuten aus Wirtschaft, Wissenschaft, öffentlicher Hand und Zivilgesellschaft wurde damit der strategische Fahrplan für die KI-Normung weiterentwickelt. Koordiniert und begleitet wurden diese Arbeiten von einer hochrangigen Koordinierungsgruppe für KI-Normung und -Konformität.
Mit der Normungsroadmap wird eine Maßnahme der KI-Strategie der Bundesregierung umgesetzt und damit ein wesentlicher Beitrag zur „KI – Made in Germany“ geleistet.
Die Normung ist Teil der KI-Strategie und ein strategisches Instrument zur Stärkung der Innovations- und Wettbewerbsfähigkeit der deutschen und europäischen Wirtschaft. Nicht zuletzt deshalb spielt sie im geplanten europäischen Rechtsrahmen für KI, dem Artificial Intelligence Act, eine besondere Rolle.
Quantitative 1H Nuclear Magnetic Resonance (qNMR) of Aromatic Amino Acids for Protein Quantification
(2022)
qNMR is a valuable technique for metrological studies due to the uniformity of its signal response for all chemical species of an isotope of interest, which enables compound-independent calibration. However, protein quantification remained challenging as large molecules produce wide, low-intensity signals that reduce the already low sensitivity. Combining qNMR with the hydrolysis of protein samples into amino acids circumvents many of these issues and facilitates the use of NMR spectroscopy for absolute protein and peptide quantification.In this work, different conditions have been tested for quantifying aromatic amino acids and proteins. First, we examined the pH-based signal shifts in the aromatic region. The preferable pH depends on the selection of the amino acids for quantification and which internal standard substance should be used to avoid peak overlap. Several aromatic compounds, such as terephthalic acid, sulfoisophthalic acid, and benzene tricarboxylic acid, have been applied as internal standards. The quantification of amino acids from an amino acid standard, as well as from a certified reference material (bovine serum albumin), was performed. Using the first two suggested internal standards, recovery was ~ 97 % for histidine, phenylalanine, and tyrosine at a concentration of approximately 1 mM in solution. Acidic hydrolysis of a certified reference material (CRM) of bovine serum albumin (BSA) and subsequent quantification of Phe and Tyr yielded recoveries of 98 ± 2 and 88 ± 4 %, respectively, at a protein concentration of 16 g/L or 250 µM.
This guideline was drafted following and complementing the norm ISO 22232-2:2020(E) to include air-coupled ultrasonic transducers. This document specifies the characteristics of probes used for non-destructive air-coupled ultrasonic testing with center frequencies above 20 kHz, with focusing or without focusing means.
Efforts are rising in opening up science by making data more transparent and more easily available, including the data reduction and evaluation procedures and code. A strong foundation for this is the F.A.I.R. principle, building on Findability, Accessibility, Interoperability, and Reuse of digital assets, complemented by the letter T for trustworthyness of the data. Here, we have used data, which was made available by the Institute Laue-Langevin and can be identified using a DOI, to follow the F.A.I.R.+T. principle in extracting, evaluating and publishing triple axis data, recorded at IN3.
„Getränkekühler optimal einsetzen“: So sparen Sie die Energiekosten und schonen das Klima.
Wussten Sie, dass Sie durch den Einsatz eines effizienten Getränkekühlers (Energieeffizienzklasse B) ca. 114 € pro Jahr sparen im Vergleich zu einem weniger effizienten Gerät (Energieeffizienzklasse D)? Aber nicht immer gibt es die Möglichkeit ein Neugerät anzuschaffen. Oft werden die Kühlgeräte von Getränkeherstellern zur Präsentation ihrer Waren zur Verfügung gestellt. Trotzdem tragen am Ende die Betreiber:innen die Betriebskosten der Geräte.
Aber auch beim Einsatz Ihres weniger effizienten Getränkekühler gibt es verschiedene Möglichkeiten, die Energiekosten zu senken. Beispielsweise kann schon der Einsatz einer Zeitschaltuhr zu einer Stromreduzierung von bis zu 50 Prozent oder auch die richtige Platzierung der Geräte an kühlen Orten ohne Zugluft zu einem geringeren Strombedarf von bis zu 30% führen.
In unserer Checkliste für die Aufstellung und das Betreiben von Getränkekühlgeräten zeigen wir Ihnen einfache Schritte, um den Energieverbrauch schnell zu senken.
With Direct Laser Writing (DLW) maturing in all aspects as a manufacturing technology a toolset for quality assurance must be developed. In this work we want to introduce a first of its kind test artifact. Test artifacts are standardized 3D models with specific geometric feature to evaluate the performance of writing parameters. Test artifacts are already common in other 3D additive manufacturing technologies e.g. Selective Laser Melting. The test artifact introduced in this work was developed in particular to accommodate 1) the high geometrical resolution of DLW structures and 2) the limited possibilities to examine the resulting structure. Geometric accuracy, surface adhesion as well as confocal raman spectroscopy results were considered when evaluating the design of the test artifact. We will explain the individual features and design considerations of our DLW test artifact. The difference between two slicers, Cura and 3DPoli, and the implications on measured feature sizes and the general shape is quantified. The measured geometries are used to derive a general design guide for a specific combination of photoresist, laser power and scanning speed and to analyse the geometric accuracy of a structure produced using these guidelines.
Nonporous corundum powder, known as an abrasive material in the industry, was functionalized covalently with protein binders to isolate and enrich specific proteins from complex matrices. The materials based on corundum were characterized by TEM, ESEM, BET, DLS, and zeta potential measurements. The strong Al-O-P bonds between the corundum surface and amino phosphonic acids are used to introduce functional groups for further conjugations. The common cross-linker glutaraldehyde was compared with a hyperbranched polyglycerol (PG) of around 10 kDa. The latter is oxidized with periodate to generate aldehyde groups that can covalently react with the amines of the surface and the amino groups from the protein via a reductive amination process. The amount of bound protein was quantified via aromatic amino acid analysis (AAAA). This work shows that oxidized polyglycerol can be used as an alternative to glutaraldehyde. With polyglycerol, more of the model protein bovine serum albumin (BSA) could be attached to the surface under the same conditions, and lower nonspecific binding (NSB) was observed. As a proof of concept, IgG was extracted with protein A from crude human plasma. The purity of the product was examined by SDS-PAGE. A binding capacity of 1.8 mg IgG per g of corundum powder was achieved. The advantages of corundum are the very low price, extremely high physical and chemical stability, pressure resistance, favorable binding kinetics, and flexible application.
In 2020, the European Commission has announced to propose a Sustainable Product Policy for the EU which shall ensure that the performance of front-runners in sustainability progressively becomes the norm. In addition, the European Commission has re-emphasised the necessity to significantly improve the effectiveness of the current Ecodesign framework for energy-related products.
With this paper, we present an initial outline of a policy approach which we call the “EU frontrunner approach”. The approach aims at installing a regulatory framework which enables a semi-automated, progressive adaptation of ecodesign minimum requirements for products. It builds on performance levels of the best products available on the market by aggregating information in a database.
The “front-runner approach” could first be applied to progressively adapt product-related minimum energy-efficiency requirements. This way it would serve as a starting point to introduce this conceptto the EU policy arena.
While the approach can be applied for energy efficiency, it is neither limited to energy-related products nor to energy-related requirements. It can be applied to the wide range of nonenergy related products within the scope of the upcoming Ecodesign for Sustainable Products Regulation (ESPR) as well as to non-energy-related requirements, such as minimum requirements for durability, reparability, recyclability and recycled content.
Exposure sites and outdoor exposure have always been a part of atmospheric corrosion research providing the “final answer”, although at the cost of long exposure times. Individual exposure programs such as ISOCORRAG, MICAT and ICP Materials have resulted in collaborative networks of exposure sites. So far, however, there has been no collective effort to put together currently active sites in a comprehensive manner and across programs and nations. The information collected in the catalogue is possible thanks to the work of all individual site managers listed as contact persons, efforts of members of Working Party 25 (WP25) Atmospheric Corrosion of the European Federation of Corrosion (EFC) and financial support of the EFC. With this Catalogue you can both get a general overview of what is available and be guided if you are looking for a particular environment with certain characteristics.
Im Jahre 2011 wurde in Deutschland nach 50 Jahren der Ausstieg aus der kommerziellen Kernenergie beschlossen. Fünf Jahre später war Deutschland mit 80.000 GWh immer noch unter den zehn größten Atomstromproduzenten. Im darauffolgenden Jahr wurden weltweit 2.500.000 GWh Atomstrom produziert. Durch die Atomstromproduktion fallen große Mengen an radioaktiven Reststoffen an, die bis zu mehrere tausend Jahre für einen vollständigen Abbau benötigen. Aus dieser Problematik geht die Debatte über den Verbleib der Reststoffe hervor. Die Endlagerung in tiefen Gesteinsschichten ist eine Lösung für das Problem. Voraussetzung ist hierbei allerdings die Gewährleistung eines dauerhaften Schutzes vor ionisierender Strahlung, die durch Verschlüsse der tiefen Gesteinsschichten in Form von Verschlussbauwerken erzielt werden sollen. Es gilt die bauliche Integrität sowie die Dichtwirkung der Verschlussbauwerke dauerhaft zu überwachen und zu prüfen, um eine langfristige Verzögerung der Radionuklidfreisetzung zu gewährleisten.
Es wurde im Rahmen dieser Arbeit eine neue Methode der Biokonjugation entwickelt, die es ermöglicht humane Antikörper ortspezifisch mit IgG-bindenden Peptiden zu konjugieren. Als Basis fungierte ein Peptid, welches für den Einsatz gezielt modifiziert wurde. So sollte am C-Terminus ein Biotin eingefügt werden, dass für die spätere Detektion der Biokonjugation genutzt werden kann, während am N-Terminus ein Cross-Linker für die kovalente Bindung zum Antikörper eingefügt wurde. Das Biotin wurde mittels Biotin-Lysin eingebaut. Dies hat den Vorteil, dass die modifizierte Aminosäure direkt in der SPPS genutzt werden kann. Auch der Cross-Linker soll schon während der SPPS in das Peptid integriert werden. Als Cross Linker wurden die zwei heterobifunktionellen Succinimidyl(3-bromoacetamid)propionate und Succinimidyl(4-iodacetyl)aminobenzoat untersucht. Die Aktivierung des Peptides mit dem SBAP-Cross-Linker erfolgte am besten im pH-Bereich zwischen 7,0 und 9,0. Die Modifizierung des Peptides mit dem Iodid-Cross-Linker SIAB unter den gleichen Bedingungen zeigte allerdings keine zufriedenstellenden Ergebnisse. Da das erste Peptid allerdings in den Folgeexperimenten sehr gute Ergebnisse zeigte, musste kein weiterer Linker getestet werden. Zusätzlich zu der Cross-Linker-Wahl sollte der Abstand zwischen dem Cross-Linker und dem Grundgerüst des Peptides auf den Einfluss der Bindung untersucht werden. Dazu wurden drei Kontrollpeptide synthetisiert, die entweder um zwei Aminosäuren zwischen dem ursprünglichen N-Terminus des Peptides und dem SBAP-Linker verlängert wurden, keinen SBAP-Linker beinhalten oder die Verlängerung ohne SBAP-Linker besaßen. Die erfolgreiche Synthese aller vier Peptide wurde mittels MALDI-TOF-MS bestätigt.
Die neue Crosslinking-Methode ist hilfreich, um Immunglobuline des Isotyps G ortspezifisch an ihrer Bindungsstelle mit Protein A oder G zu konjugieren. Die Kopplungen von Protein A und G konnten erfolgreich an Maus- und Human-IgG durchgeführt, sowie die Bedingungen untersucht und optimiert werden. Die Aktivierung von Protein G mit Glutaraldehyd erfolgt am besten bei pH 8 und die anschließende Kopplung mit Maus-IgG1 bei einem pH-Wert von 6. Jedoch wurden mit SIAB und Sulfo-SIAB als Crosslinker im Vergleich zu Glutaraldehyd noch höhere Signale erhalten. Für die Kopplung von SIAB sind 40% DMSO im Reaktionspuffer günstig, währenddessen Sulfo-SIAB gut wasserlöslich ist daher keine Lösungsvermittler benötigt. Es ergab sich ein optimaler pH-Wert von 7,4 um Protein A mit SIAB zu aktivieren und den gleichen pH-Wert um die Kopplung mit Maus-IgG1 durchzuführen. Für die Kopplung von Protein G mit Maus-IgG1 hingegen zeigten die Experimente, dass ein leicht saurer pH-Wert bei pH 6 für den IgG-Kopplungsschritt am günstigsten ist. Während die Inkubationszeit von Maus-IgG1 mit Protein G bei 16 h liegt, muss mit Protein A bis zu 40 h inkubiert werden, um das Kopplungsmaximum zu erreichen. Des Weiteren wurde das Crosslinking von Human-IgG (Herceptin) mit SIAB untersucht. Dabei zeigte sich, wie in der Abbildung 47 zu sehen ist, dass Protein A und G vergleichbar gut an Human-IgG zu koppeln sind. Für das Crosslinking von Protein G mit Maus-IgG1 ist dagegen ein deutlich besserer Umsatz im Vergleich zu Protein A zu erkennen (Abbildung 48). Heterobifunktionale Linker können mit der reaktiveren Gruppe die erste Bindung eingehen, um erst nach Zugabe eines weiteren Reagenzes die zweite Bindung auszubilden und zudem intramolekulare Reaktionen möglichst zu vermeiden.
Das Ziel der Arbeit war die Entwicklung einer magnetischen Anreicherungsmethode für eine Bead-basierte Substanzbibliothek zur Identifizierung von Proteinbindern. Im Ramen des Forschungsbelegs wurde bereits eine Anreicherungsmethode für ein Modellsystem einer Peptidbibliothek entwickelt. Das Modellsystem bestand dabei aus zwei verschiedenen Peptiden. Als Positivkontrolle wurde das FLAG-Peptid gewählt, welches selektiv gegen den Anti-FLAG-Antikörper bindet, und ein weiteres Peptid wurde als Negativkontrolle gewählt. Anhand dieses Modellsystems konnte die zuvor entwickelte Anreicherungsmethode von 20.000 auf 1.000.000 Beads vergrößert werden. Hierbei wurde ein Anreicherungsfaktor von 818 und eine gute Wiederfindungsrate von 82% erreicht.
Ausgehend von dem in der Literatur beschriebenen Verfahren zur Bestimmung aromatischer Aminosäuren konnte eine Analysemethode zur Proteinbestimmung über die optische Detektion von Tyrosin und Phenylalanin nach chromatographischer Trennung der Protein-Hydrolysate entwickelt werden, die gegenüber dem Verfahren aus der Literatur erhebliche Vorteile besitzt. Der Einsatz von Rundbodenvials stellt eine Neuerung und kostengünstige Alternative zu der konventionellen Hydrolyse in Vakuumhydrolyseröhrchen wie auch zu den Mikrowellenvials der Mikrowellenhydrolyse dar, die das Potential für Miniaturisierungen der Proben hat und sich zudem für große Probendurchsätze eignet. Anstelle der Mikrowellenheizungen wurde ein konventionelles Ölbad als Heizquelle verwendet. Somit ergibt sich eine Verbesserung auch darin, dass diese Methode geringere Geräteinvestitionen erfordert. Wie die Ergebnisse nahelegen, sind sowohl Salzsäure als auch Bromwasserstoffsäure geeignete Reagenzien, die bei der sauren Hydrolyse von Proteinen verwendet werden können. Mit Hilfe antioxidativer Zusätze können Nebenreaktionen erfolgreich vermieden werden. Hier haben sich L-Cystein und Oxalsäure als wirkungsvolle Additive herausgestellt. Wichtige Verbesserungen betreffen vor allem die Zeitersparnis bei der Hydrolyse, die Aufarbeitung der Hydrolysate und die chromatographischen Separationen. Erstere konnte gegenüber der konventionellen Methode von 22 Stunden auf 45 Minuten reduziert werden. Die chromatographische Trennung wurde so weit optimiert, dass die Laufzeit von 64 auf 35 Minuten verkürzt werden konnte. Zudem konnte auf das zeitraubende und kontaminationsanfällige Eindampfen der Hydrolysate verzichtet werden. Während der Aufarbeitung der Hydrolysate konnten die Menge eingesetzter Chemikalien reduziert und damit mögliche Störungen während der optischen Detektion verringert werden. Letztere wurde zum einen durch das Einbeziehen der UV-Absorption bei 260 nm erweitert, sodass eine Alternative zur Absorption bei 215 nm vorliegt, die ebenere Basislinien im Chromatogramm ermöglicht. Zum anderen wurde gezeigt, dass mit Hilfe der Fluoreszenz die Empfindlichkeit der Methode gegenüber der UV-Absorption erheblich verbessert werden kann. Anhand der Probe eines Birkenpollenextraktes ließ sich die Anwendbarkeit der optimierten Methode auf Realproben demonstrieren.
In this thesis a protocol based on a direct competitive and non-competitive immunoassay using the microarray format was developed to screen emulated hybridoma supernatants against the drug carbamazepine (CBZ). As support, epoxy slides were manufactured by coating microscope glass slides with epoxy silanes. The manufactured epoxy slides showed similar capacity for protein immobilization as commercially available NEXTERION slides, but showed a higher autofluorescence background. On the epoxy slides, protein A, Cys-A, G and Cys-G were immobilized as antibody capturing coating. It could be shown that the Cys-tag considerably increased the immobilization of all compared proteins, especially of protein G. Protein Cys-G immobilized at pH 8-9 was considered the most suitable protein for antibody immobilization due to good spot uniformity and a high binding capacity for IgG. Additionally, in immobilization experiments it could be shown, that 10-500 fold excess of bovine IgG, introduced by two different fetal bovine serum (FBS) products, showed no significant competition on the immobilization of mice or goat IgG on protein Cys-G. To examine the captured antibodies for affinity to CBZ, the CBZ-TOTA-DY654 tracer was custom synthesized. It could be demonstrated, that the tracer antibody interaction was competitive with the tracer precursor, CBZ-TOTA-NH2 and CBZ. Furthermore, the synthesized tracer was also successfully used by externals to evaluate CBZ affine hybriodoma cells in flow cytometry. In the simulated screening, five antibodies with known affinity to CBZ were diluted in a cell culture medium. The screening method allowed to differentiate between affine antibodies (IC50 < 20 µg/ml) and unaffine antibodies (IC50 > 20 µg/ml), when concentrations of 0.1 µg/ml IgG or greater have been used. Of five applied antibodies, all highly affine clones (CE2 and B3212M) were reported as positives while no false-positive samples were observed. The screening included competitive, with around 89500 fold excess of CBZ, and non-competitive tracer incubation on different segments of the same chip, which resulted in total signal suppression on the competitive segment. The screening was performed in 20 hours, only a few nanoliters, of each simulated supernatant, were consumed in the screening process, furthermore in the method standard 96 well MTPs were used and no cleanroom facilities were required.
Ziel dieser Arbeit war die Entwicklung einer Methode zur Hochdurchsatzanalyse von partikelgebundenen Split-and-Mix-Peptidbibliotheken. Dabei wurde ein System entwickelt, das Partikelbibliotheken in kurzer Zeit auf ihre Bindung zu einem Zielmolekül hin untersucht und im nächsten Schritt eine direkte „Ein-Partikel“-Sequenzierung der Peptide von der festen Phase ermöglicht. Die Analyse der Bindung eines Zielmoleküls an ein selektiv bindendes Peptid wurde dabei in einem Modellsystem simuliert. Dazu wurde FITC-markiertes Neutravidin 3 mit festphasengebundenen biotinylierten und nicht-biotinylierten Peptiden inkubiert. Die Bindung von Neutravidin-FITC an die biotinylierten Peptide konnte erfolgreich mittels eines Fluoreszenzmikroskops nachgewiesen werden, wobei diese Methode für eine Hochdurchsatzanalyse ungeeignet war. So wurde die Analyse des Fluoreszenzassays auf einen Microarrayscanner übertragen (siehe Abbildung 33). Dies gelang erfolgreich wobei die hohe Eigenfluoreszenz des Tentagel-Harzes zu falsch positiven Ergebnissen führte. Mit einem Wechsel zum längerwelligen Fluoreszenzfarbstoff ATTO-633 konnten falsch positive Ergebnisse vermieden werden. Somit wurde die zeitintensive Fluoreszenzanalyse von einem Fluoreszenzmikroskop erfolgreich auf einen Microarrayscanner übertragen, welcher in kurzer Zeit (ca. 5 min pro Objektträger) eine Vielzahl an peptidbeladenen Partikeln gleichzeitig analysieren kann.
Im Vergleich zu anderen Proteinen ist die Identifizierung von Antikörpern anhand ihrer Sequenz zum Beispiel mittels "peptide mass fingerprinting" schwierig. Da die Sequenzinformation eines Antikörpers aufgrund der hypersomatischen Mutation während der Affinitätsreifung nicht im Genom eines Organismus gespeichert ist, kann die Aminosäuresequenz nicht auf einfachem Weg der DNA-Sequenzierung gewonnen werden. Das ist nur in seltenen Fällen möglich, wenn dem Endanwender der Zellklon der Antikörper-produzierenden Zelle zugänglich ist. Eine Sequenzierung auf Protein-Ebene ist sehr aufwändig und teuer und wird daher fast nie für die Charakterisierung von analytischen Antikörpern verwendet. Der Mangel an Validierung dieser analytischen Antikörper, die bei Experimenten verwendeten werden, löst aber eine Reihe Probleme aus, die die Wiederholbarkeit dieser Experimente schwierig und in einigen Fällen unmöglich macht. Das sorgt jährlich für verschwendete Forschungsgelder in Milliardenhöhe und hindert den wissenschaftlichen Fortschritt.
Ziel der vorliegenden Arbeit war die Entwicklung einer einfachen und schnellen Methode, die es trotzdem ermöglicht, die Identifikation von Antikörpern sicherzustellen. Dazu wurde eine Methode basierend auf dem "peptide mass fingerprinting" gewählt. Das Problem der unbekannten Aminosäuresequenz der Antikörper wurde gelöst, indem lediglich die Peptidmuster der entstehenden Fingerprint-Spektren zur Identifikation herangezogen wurden. MALDI wurde dabei als Ionisationsmethode für die Massenspektrometrie gewählt, da die resultierenden Spektren im Gegensatz zu ESI-MS einfach auszuwerten sind. Auch kann auf eine vorige Trennung der Peptide mittels LC verzichtet werden, was zusätzlich Analysenzeit spart. Für die Proteinspaltung wurde eine simple saure Hydrolyse mittels Ameisensäure gewählt. Im Vergleich zum herkömmlichen Trypsin-Verdau konnten auf zeitraubende Arbeitsschritte wie Denaturierung, Reduktion und Alkylierung der Antikörper verzichtet werden. Die Hydrolyse mittels Ameisensäure wurde bisher nur auf kleine und mittelgroße Proteine angewendet, sodass im ersten Teil dieser Arbeit mehrere Schritte optimiert wurden bevor zufriedenstellende Fingerprint-Spektren von Antikörpern erhalten wurden.
In dieser Arbeit wurden drei verschiedene Nanomaterialien auf ihre Bindungsfähigkeit zu Proteinen untersucht. Zu Beginn standen dabei die Herstellung stabiler Dispersionen der einzelnen Nanopartikel und die Stabilität der gebildeten Konjugate im Vordergrund. Der Nachweis einer erfolgreichen Konjugatbildung, sprich der Beschichtung von Nanopartikel mit Proteinen, wurde sowohl qualitativ mittels DLS-Messungen als auch über quantitative Protein-Bestimmungen erbracht. Für die Quantifizierung konnten verschiedene Methoden eingesetzt werden. Neben der klassischen Vorgehensweise, welche indirekt über die Quantifizierung von ungebundenem Protein im Überstand erfolgt, konnten ihm Rahmen dieser Arbeit verschiedene direkte Bestimmungsmethoden entwickelt werden. So wurden mittels kolorimetrischer Tests, wie dem BCA-Assay und dem Bradford-Assay, Nanodiamantdispersionen mit Hilfe einer Korrekturwellenlänge vermessen und quantifiziert. Ebenso zum Einsatz kam die Methode der Aminosäureanalytik, welche aufgrund ihrer guten Rückführbarkeit auf Aminosäurestandards Ergebnisse mit hoher Richtigkeit generieren kann und ebenso die Detektion kleiner Proteinmengen möglich macht.
Nach den erfolgten quantitativen Betrachtungen wurden die Protein-beschichteten Nanopartikel auf ihre Anwendbarkeit als Analoga von Virus-like Particles (VLP) bei einer Immunisierung zur Gewinnung von polyklonalen Antikörpern gegen humanes Ceruloplasmin in Kaninchen überprüft. Es konnte mittels ELISA gezeigt werden, dass die Konjugate erfolgreich für die Herstellung von Antikörpern eingesetzt werden können und im zeitlichen Verlauf einer Immunisierung eine Steigerung des Antikörper-Titers zu erreichen ist.
Vergleichende Darstellung SARS-CoV-2-spezifischer Nanobodys aus unterschiedlichen Wirtsorganismen
(2021)
Aufgrund der anhaltenden COVID-19-Pandemie werden neutralisierende Therapeutika benötigt. Eine Möglichkeit zur Behandlung stellt die Verwendung monoklonaler Anti-SARS-CoV-2-Immun-globuline dar. Ihre Produktion in Säugetierzellen ist jedoch schwer skalierbar, um den weltweiten Bedarf zu decken. VHH-Antikörper, auch Nanobodys genannt, bieten hierfür eine Alternative, da sie eine hohe Temperaturstabilität aufweisen und eine kostengünstige Produktion in prokaryotischen Wirtsorganismen ermöglichen.
The aim of this work was the preparation of a novel stationary monolithic phase for affinity chromatography and HPLC-applications. Therefore, we have chosen porous glass filters that are available with different pore sizes as raw materials to prepare monolithic columns. We purchased VitraPOR 4 (10-16 μm pore size) and VitraPOR 5 (1.0-1.6 μm pore size) monolithic glass filters. The physical properties of these glass filters were characterized. The surface area, pore size distribution and the porosity were determined using mercury intrusion porosimetry and BET. These glass filters only exhibit flow through pores and therefore show no bimodal pore size distribution in the mercury intrusion curves. Due to their low permeability, the applied filters that exhibit an inner diameter of 8.0 mm and a length of 15.0±0.1 mm could be operated at flow rates more than 10 ml/min. High flow rates are favorable for fast separation experiments.
In 2019 over 30 000 people were killed or injured by explosions caused by explosives like TNT, PETN, HMX and RDX. Therefore, highly sensitive assays for the detection of TNT are needed. In this study we compared two commercially available TNT antibodies: A1.1.1 and EW75C with a highly optimized indirect competitive ELISA based on a BSA-TNA conjugate. As a result, a precision profile for both antibodies was determined with a LOD of 170 pmol L-1 for the clone A1.1.1 and a LOD of 3,2 nmol L-1 for the clone EW75C. The measurements showed that the clone A1.1.1 is a highly sensitive antibody for the detection of TNT while the clone EW75C does show medium performance at most.
In the cross-reactivity characterization of both antibodies many substances, closely related to the structure of TNT were tested. Both antibodies showed strong cross reactivity with trinitroaniline and trinitrobenzene. For the clone A1.1.1, which is known to originate from immunization of mice with an TNP-glycine-KLH conjugate, this has to be expected. Interestingly the clone EW75C, which was not characterized yet, showed similar behavior. This suggests a TNA-conjugate as immunogen for the EW75C antibody as well. None of both antibodies showed cross-reactions to the high explosives PETN, HMX and RDX. Also, the cross-reactions of nitro musks with the antibodies were investigated. Despite their prohibition, nitro musks are still used in Asia especially and are particularly popular in India. The overall superior clone A1.1.1 showed a significant cross-reactivity to musk ambrette. For practical reasons the influence of musk ambrette on this assay when used in natural environment should be investigated.
In further experiments, the highly sensitive TNT antibody A1.1.1 was digested with papain to obtain monovalent Fab-fragments. Due to its high stability against the digestion, a custom protocol for the IgG1 subclass of mice, to which the clone A1.1.1 belongs, was developed, resulting in a quantitative digestion of the intact antibody to Fab fragments. The success of the digestion was determined with MALDI-TOF-MS and SDS-PAGE. It was shown that this protocol worked for many different antibodies of IgG1 subclass as well.
Das Ziel dieser Arbeit war es, die Vernetzung (Crosslinking) zwischen Protein G und einem Antikörper so durchzuführen, dass es zu keiner Modifikation der Antigen-Bindungsstelle des Antikörpers kommt. Zudem wurde im Rahmen dieser Arbeit ein Immunoassay entwickelt, mithilfe dessen zwanzig verschiedene Crosslinker in Hinblick auf ihre Fähigkeit Protein G zu funktionalisieren, untersucht werden konnten. Es konnten fünf Reagenzien identifiziert werden, die eine Derivatisierung von Protein G sowie eine anschließende Immobilisierung des Antikörpers auf dem Protein ermöglichen. Des Weiteren wurde gezeigt, dass mithilfe dieses Verfahrens sowohl die Immunpräzipitation als auch die massenspektrometrische Identifizierung und Charakterisierung von Proteinkomplexen erleichtert und verbessert werden kann.
Protein immobilization for the functionalization of particles is used in various applications, including biosensors, lateral-flow immunoassays (LFIA), bead-based assays, and others. Common methods for the quantification of bound protein are measuring protein in the supernatant before and after coating and calculating the difference. This popular approach has the potential for a significant overestimation of the amount of immobilized protein since layers not directly bound to the surface (soft protein corona) are usually lost during washing and handling. Only the layer directly bound to the surface (hard corona) can be used in subsequent assays. A simplified amino acid analysis method based on acidic hydrolysis and RP-HPLC-FLD of tyrosine and phenylalanine (aromatic amino acid analysis, AAAA) is proposed to directly quantify protein bound to the surface of gold nano- and latex microparticles. The results are compared with indirect methods such as colorimetric protein assays, such as Bradford, bicinchoninic acid (BCA), as well as AAAA of the supernatant. For both particle types, these indirect quantification techniques show a protein overestimation of up to 1700% compared to the direct AAAA measurements. In addition, protein coating on latex particles was performed both passively through adsorption and covalently through EDC/sulfo-NHS chemistry. Our results showed no difference between the immobilization methodologies. This finding suggests that usual protein determination methods are no unambiguous proof of a covalent conjugation on particles or beads.
MALDI-TOF-MS-based identification of monoclonal murine anti-SARS-CoV-2 antibodies within one hour
(2022)
During the SARS-CoV-2 pandemic, many virus-binding monoclonal antibodies have been developed for clinical and diagnostic purposes. This underlines the importance of antibodies as universal bioanalytical reagents. However, little attention is given to the reproducibility crisis that scientific studies are still facing to date. In a recent study, not even half of all research antibodies mentioned in publications could be identified at all. This should spark more efforts in the search for practical solutions for the traceability of antibodies. For this purpose, we used thirty-five monoclonal antibodies against SARS-CoV-2 to demonstrate how sequence-independent antibody identification can be achieved by simple means applied onto the protein. First, we examined the intact and light chain masses of the antibodies relative to the reference material NIST-mAb 8671. Already half of the antibodies could be identified based solely on these two parameters. In addition, we developed two complementary peptide mass fingerprinting methods with MALDI-TOF-MS that can be performed in 45 minutes and had a combined sequence coverage of over 80%. One method is based on the partial acidic hydrolysis of the protein by 5 mM of sulfuric acid at 99 °C. Furthermore, we established a fast way for a tryptic digest without an alkylation step. We were able to show that the distinction of clones is possible simply by a brief visual comparison of the mass spectra. In this work, two clones originating from the same immunization gave the same fingerprints. Later, a hybridoma sequencing confirmed the sequence identity of these sister clones. In order to automate the spectral comparison for larger libraries of antibodies, we developed the online software ABID 2.0 (https://gets.shinyapps.io/ABID/). This open-source software determines the number of matching peptides in the fingerprint spectra. We propose that publications and other documents critically relying on monoclonal antibodies with unknown amino acid sequences should include at least one antibody fingerprint. By fingerprinting an antibody in question, its identity can be confirmed by comparison with a library spectrum at any time and context.
Development of an affinity-based method for the site-selective synthesis of antibody-drug-conjugates
(2021)
For the site-selective synthesis of ADCs, a variety of obstacles must be overcome. Those include designing bifunctional affinity peptides with reasonably low 𝐾𝑑-values that couple to the mAb in a site-selective manner. These peptides should also include a functional group that links the payload to the mAb under mild conditions without adversely affecting it. The bioconjugation between peptide and antibody and the linker between peptide and payload must be stable and durable to provide safety when used for medical purposes. The usage of metals and organic solvents should be minimized. Within the project, new types of functionalized affinity peptides were designed, and their affinity towards the Fc-fragment was determined.