TY - JOUR A1 - Fischbach, Jens A1 - Loh, Qiuting A1 - Bier, Frank Fabian A1 - Lim, Theam Soon A1 - Frohme, Marcus A1 - Glökler, Jörn T1 - Alizarin Red S for Online Pyrophosphate Detection Identified by a Rapid Screening Method JF - Scientific Reports N2 - We identified Alizarin Red S and other well known fluorescent dyes useful for the online detection of pyrophosphate in enzymatic assays, including the loop mediated isothermal amplification (LAMP) and polymerase chain reaction (PCR) assays. An iterative screening was used for a selected set of compounds to first secure enzyme compatibility, evaluate inorganic pyrophosphate sensitivity in the presence of manganese as quencher and optimize conditions for an online detection. Of the selected dyes, the inexpensive alizarin red S was found to selectively detect pyrophosphate under LAMP and PCR conditions and is superior with respect to its defined red-shifted spectrum, long shelf life and low toxicity. In addition, the newly identified properties may also be useful in other enzymatic assays which do not generate nucleic acids but are based on inorganic pyrophosphate. Finally, we propose that our screening method may provide a blueprint for rapid screening of compounds for detecting inorganic pyrophosphate. KW - biochemical assay KW - fluorescent dye KW - screening Y1 - 2017 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:526-opus4-9248 SN - 2045-2322 VL - 7 ER - TY - GEN A1 - Riedel, Marc A1 - Kartchemnik, Julia A1 - Schöning, Michael J. A1 - Lisdat, Fred T1 - Impedimetrischer DNA Nachweis - Schritte in Richtung sensorischer Anwendung T2 - Wissenschaftliche Beiträge 2015 N2 - Diese Studie beschreibt einen labelfreien impedimetrischen Sensor auf der Grundlage von kurzen einzelsträngigen DNA-Erkennungselementen für den Nachweis von Hybridisierungsereignissen. Der Fokus der Arbeit liegt auf der Aufklärung des Einflusses der Ziel-DNA-Länge und der Erkennungssequenzposition auf die sensorische Leistungsfähigkeit. Die impedimetrischen Messungen werden in Anwesenheit des Redoxsystems Kaliumhexacyanoferrat (II/III) durchgeführt und zeigen einen Anstieg des Durchtrittswiderstandes nach der Hybridisierung mit komplementärer Ziel-DNA mit einer Nachweisgrenze im unteren nanomolaren Bereich. Nach der Hybridisierung kann die Regeneration des Sensors mit deionisiertem Wasser durch die Einstellung effektiver Konvektionsbedingungen erreicht werden und ermöglicht somit eine Wiederverwendbarkeit des Sensors. Untersuchungen zu längeren Ziel-DNA-Strängen mit einem zur Lösung exponierten Überhang demonstrieren die Anwendbarkeit des impedimetrischen Nachweises für längere Sequenzen. Allerdings resultiert eine zunehmende Überhanglänge in einer verringerten Durchtrittswiderstandsänderung. Um die Impedanzänderung für längere Ziel-DNA zu erhöhen, wird die Erkennungssequenzposition verändert, sodass ein kleiner Überhang zur Elektrode ausgerichtet ist. Die Ergebnisse legen nahe, dass DNA in direkter Nähe zur Elektrode einen größeren Einfluss auf das impedimetrische Signal besitzt als weiter entfernte DNA. N2 - This study describes a label-free impedimetric sensor based on short ssDNA recognition elements for the detection of hybridisation events. We concentrate on the elucidation of the influence of target length and recognition sequence position on the sensorial performance. The impedimetric measurements are performed in the presence of the redox system ferri-/ferrocyanide and show an increase in charge transfer resistance upon hybridisation of complementary ssDNA in the nanomolar range. After hybridisation, a sensor regeneration can be achieved with deionised water by adjustment of effective convection conditions, ensuring sensor reusability. By investigation of longer targets with overhangs exposed to the solution, we can demonstrate applicability of the impedimetric detection for longer ssDNA. However, a decreasing charge transfer resistance change (ΔRct) is found by extending the overhang. As a strategy to increase the impedance change for longer target strands, the position of the recognition sequence can be designed in a way that a small overhang is exposed to the electrode surface. These results suggest that DNA near the electrode possesses a larger impact on the impedimetric signal than DNA further away. Y1 - 2015 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:526-opus4-3538 SN - 0949-8214 VL - 19 SP - 21 EP - 28 ER - TY - JOUR A1 - Kagel, Heike A1 - Frohme, Marcus A1 - Glökler, Jörn T1 - Photoacids in biochemical applications JF - Journal of Cellular Biotechnology N2 - BACKGROUND: After excitation with light photoacids can change the pH in a solution by release of a proton. They have been used mostly for excited state proton transfer studies. In this review the general functionality and mechanisms and the subdivision of photoacids is explained. STATE OF THE ART: Different uses of photoacids are described, covering a wide range of various biochemical topics, focusing on biochemical applications. Examples for the introduced subdivisions are covered. CONCLUSIONS AND OUTLOOK: The areas in which photoacids can be employed are diverse. Photoacids have a promising future in biotechnology and biochemistry and should be considered for upcoming applications, especially in non-invasive control of biochemical reactions. Y1 - 2019 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:526-opus4-16123 SN - 2352-3697 VL - 4 IS - 1-2 SP - 23 EP - 30 PB - IOS Press ER - TY - GEN A1 - Standfuß, Christoph A1 - Klein, Andreas A1 - Pospisil, Heike T1 - Einfluss von Kopienzahlvariationen auf die Tumorentwicklung T2 - Wissenschaftliche Beiträge 2013 N2 - Tumorentstehung ist ein Prozess, bei dem die Abläufe innerhalb der Zelle schrittweise verändert werden. Die vielfältigen Interaktionen bei der Tumorentstehung sind jedoch bislang nicht vollständig erforscht. Bisher wurden vorwiegend Genexpressionsanalysen genutzt, die jedoch nur eine Zeitaufnahme aller Genexpressionen innerhalb der Zelle darstellen und somit allein nicht ausreichend zur Charakterisierung eines Tumors. Wir haben mithilfe von Affymetrix Mouse Diversity Genotyping Microarrays Mausbrustdrüsengewebe entsprechend unserem Dreistufen-Mausmodell analysiert und die Kopienzahländerungen berechnet. Wir fanden eine zunehmende stufenweise Änderung von den transgenen zu den Tumorproben. Die Berechnung von chromosomalen Segmenten mit gleicher Kopienzahl zeigte deutliche Fragmentmuster. Unsere Analysen zeigen, dass die Tumorentstehung ein schrittweiser Prozess ist, der sowohl durch Amplifikationen als auch Deletionen chromosomaler Abschnitte definiert ist. Wir fanden charakteristisch konservierte Fragmentierungsmuster und individuelle Unterschiede welche zur Tumorgenese beitragen. Y1 - 2013 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:526-opus4-3435 SN - 0949-8214 VL - 17 SP - 27 EP - 30 ER - TY - GEN A1 - Gladisch, Johannes A1 - Sarauli, David A1 - Schäfer, Daniel A1 - Dietzel, Birgit A1 - Schulz, Burkhard A1 - Lisdat, Fred T1 - Elektrogesponnene Polymerfasern als neuartiges Material für die Bioelektrokatalyse des Enzyms Pyrrolochinolinchinon-abhängige Glucosedehydrogenase T2 - Wissenschaftliche Beiträge 2016 N2 - Es wurde ein dreidimensionales Polymerfasernetzwerk aufgebaut, charakterisiert und anschließend daran das Enzym Pyrrolochinolinchinon-abhängige Glukosedehydrogenase (PQQ)GDH gebunden. Das Polymerfasernetzwerk wurde durch Elektrospinnen einer Mischung des Polymers Polyacrylnitril und verschiedener leitfähiger Polymere der Polyanilin-Familie auf Indium-Zinn-Oxid-Elektroden aufgebracht. Die so hergestellten Fasermatten erwiesen sich bei mikroskopischen Untersuchungen gleichförmig präpariert und die Faserdurchmesser bewegten sich im Bereich weniger hundert Nanometer. Das Redoxpaar Kaliumhexacyanoferrat (II/III) zeigte an diesen Polymer-Elektrodenstrukturen eine quasi-reversible Elektrochemie. Bei weitergehenden Untersuchungen an den enzymmodifizierten Fasern ((PQQ)GDH) konnten unter Substratzugabe (Glukose) bioelektrokatalytische Ströme nachgewiesen werden. Das Fasernetzwerk fungiert hier nicht nur als Immobilisierungsmatrix, sondern als auch als Teil des Signalwandlers. N2 - A three-dimensional polymeric electrode structure was developed, characterized and subsequently coupled with the enzyme pyrroloquinoline quinone-dependent Glucosedehydrogenase (PQQ)GDH. The polymeric fiber network is produced by means of electrospinning from mixtures of polyacrylonitrile (PAN) and three different sulfonated poylanilines on top of ITO electrodes. The mats are uniform in their overall appearance; average diameters of the fibers produced are in the range of a few hundred nanometers. These polymeric structures can be shown to allow electrochemical conversions as verified with the ferri-/ferrocyanide redox couple. In addition, application in bioelectrocatalysis can be demonstrated. For two of three selected blends of PAN with sulfonated polyanillines, a well-defined bioelectrochemical response is obtained upon covalent fixation of PQQ-GDH to the fiber network and subsequent addition of substrate glucose. The electrospun matrix does not only act here as an immobilization support, but at the same time as a transducing element. Y1 - 2016 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:526-opus4-5293 SN - 0949-8214 VL - 20 SP - 15 EP - 21 ER - TY - GEN A1 - Seifert, Felix A1 - Pospisil, Heike T1 - Reannotation des Maize oligonucleotide arrays T2 - Wissenschaftliche Beiträge 2014 N2 - Die Microarray-Technologie hat sich zu einem etablierten Ansatz der Hochdurchsatz-Genexpressionsanalyse entwickelt. Das „maize oligonucleotide array“ (maizearray) ist eine der wenigen Microarray-Plattformen, welche für die genomweite Genexpressionsanalyse von Mais (Zea mays L.) erzeugt wurden. Die Sonden wurden basierend auf ESTs (expressed sequence tags) generiert. Mittlerweile ist die Genomsequenz von Mais verfügbar und ermöglicht eine genauere Annotation dieser Sonden. In dieser Arbeit wurden die Genompositionen aller Sonden und basierend darauf die zugrunde liegenden Gene sowie deren funktionelle Annotation bestimmt. Durch die Analyse konnten Redundanzen und nicht eindeutig bindende Sonden aufgedeckt und gleichzeitig die Zahl der Gene mit funktioneller Annotation verdoppelt werden. Unsere Reannotation wird funktionelle Analysen bereits existierender und zukünftiger Datensätze stark verbessern. Y1 - 2014 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:526-opus4-3315 SN - 0949-8214 VL - 18 SP - 33 EP - 35 ER - TY - GEN A1 - Stieger, Kai Ralf A1 - Feifel, Sven Christian A1 - Lokstein, Heiko A1 - Hejazi, Mahdi A1 - Zouni, Athina A1 - Lisdat, Fred T1 - Biohybride Architekturen für eine effiziente Umwandlung von Licht in elektrische Energie durch Integration von Photosystem I in skalierbare mesoporöse 3D Elektroden T2 - Wissenschaftliche Beiträge 2018 N2 - Die Kombination von fortschrittlichen Materialien und kontrolliertem Oberflächendesign mit komplexen Proteinen aus der natürlichen Photosynthese ist derzeit eines der Hauptthemen bei der Entwicklung von Biohybridsystemen und Biophotovoltaik. In dieser Studie werden transparente makroporöse Indium-Zinn-Oxid-(μITO-) Elektroden mit dem trimeren Superkomplex Photosystem I (PSI) aus dem Cyanobakterium Thermosynechococcus elongatus sowie dem kleinen Redoxprotein Cytochrom c (Cyt c) kombiniert, um neuartige und effiziente biohybride Photokathoden herzustellen. Mit diesen bis zu 40 μm hohen 3D-Strukturen können beide Proteine in einer annähernden Monolage abgeschieden werden und die elektrische Kommunikation mit der Elektrode kann erzielt werden. Der generierte Photostrom folgt dabei linear der kontrollierbaren Schichtdicke der μITO-Elektrode, wobei Stromdichten von bis zu 150 μA cm –2 erhalten werden. Eine effiziente elektrische Kopplung der Proteine kann durch die hohe interne Quanteneffizienz von 30 % gezeigt werden. N2 - The combination of advanced materials and a controlled surface design with complex proteins from natural photosynthesis is currently one of the major topics in the development of biohybrid systems and biophotovoltaic devices. In this study, transparent macroporous indium tin oxide (μITO) electrodes are combined with the trimeric supercomplex, Photosystem I (PSI) from the cyanobacterium Thermosynechococcus elongatus, and the small redox protein cytochrome c (cyt c) to create novel and efficient biohybrid photocathodes. With these 3D structures up to 40 μm in size, both proteins can be deposited in a monolayer fashion and electrical communication with the electrode can be established. The generated photocurrent linearly follows the controllable layer thickness of the μITO electrode up to 40 μm, whereby current densities of up to 150 μA cm –2 are obtained. An efficient electrical coupling of the proteins can be demonstrated by the high internal quantum efficiency of 30 %. Y1 - 2018 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:526-opus4-10220 SN - 0949-8214 VL - 22 SP - 17 EP - 24 ER - TY - CHAP A1 - Riedel, Marc A1 - Göbel, Gero A1 - Parak, Wolfgang J. A1 - Lisdat, Fred T1 - Light-addressable amperometric electrodes for enzyme sensors based on direct quantum dot-electrode contacts N2 - Quantum dots allow the generation of charge carriers upon illumination. When these particles are attached to an electrode a photocurrent can be generated. This allows their use as a light-switchable layer on the surface. The QDs can not only exchange electronics with the electrode, but can also interact with donor or acceptor compounds in solution providing access to the construction of signal chains starting from an analytic molecule. The magnitude and the direction of the photocurrent depend on several factors such as electrode polarization, solution pH and composition. These defined dependencies have been evaluated with respect to the combination of QD-electrodes with enzyme reactions for sensorial purpose. CdSe/ZnS-QD-modified electrodes can be used to follow enzymatic reactions in solution based on the oxygen sensitivity. In order to develop a photoelectrochemical biosensor, e.g. glucose oxidase is immobilized on the CdSe/ZnS-electrode. One immobilization strategy applies the layer-by-layer-technique of GOD and a polyelectrolyte. Photocurrent measurements of such a sensor show a clear concentration dependent behavior. The principle of combing QD oxidase. The sensitivity of quantum dot electrodes can be influenced by additional nanoparticles, but also by multiple layers of the QDs. In another direction of research it can be influenced by additional nanoparticles, but also by multiple layers of the QDs. In another direction of research it can be demonstrated that direct electron transfer from excited quantum dots can be achieved with the redox protein cytochrome c. This allows the detection of the protein, but also interaction partners such as a enzymes or superoxide. KW - quantum dot electrode KW - enzyme sensor KW - signal chain KW - photobioelectrochemistry KW - light adressability Y1 - 2014 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:526-opus4-15266 SP - 195 EP - 200 PB - Society of Photo-Optical Instrumentation Engineers (SPIE) ER - TY - JOUR A1 - Kölsch, Adrian A1 - Hejazi, Mahdi A1 - Stieger, Kai Ralf A1 - Feifel, Sven Christian A1 - Kern, Jan F. A1 - Müh, Frank A1 - Lisdat, Fred A1 - Lokstein, Heiko A1 - Zouni, Athina T1 - Insights into the binding behavior of native and non-native cytochromes to photosystem I from Thermosynechococcus elongatus JF - Journal of Biological Chemistry N2 - The binding of photosystem I (PS I) from Thermosynechococcus elongatus to the native cytochrome (cyt) c6 and cyt c from horse heart (cyt cHH) was analyzed by oxygen consumption measurements, isothermal titration calorimetry (ITC), and rigid body docking combined with electrostatic computations of binding energies. Although PS I has a higher affinity for cyt cHH than for cyt c6, the influence of ionic strength and pH on binding is different in the two cases. ITC and theoretical computations revealed the existence of unspecific binding sites for cyt cHH besides one specific binding site close to P700. Binding to PS I was found to be the same for reduced and oxidized cyt cHH. Based on this information, suitable conditions for cocrystallization of cyt cHH with PS I were found, resulting in crystals with a PS I:cyt cHH ratio of 1:1. A crystal structure at 3.4-Å resolution was obtained, but cyt cHH cannot be identified in the electron density map because of unspecific binding sites and/or high flexibility at the specific binding site. Modeling the binding of cyt c6 to PS I revealed a specific binding site where the distance and orientation of cyt c6 relative to P700 are comparable with cyt c2 from purple bacteria relative to P870. This work provides new insights into the binding modes of different cytochromes to PS I, thus facilitating steps toward solving the PS I–cyt c costructure and a more detailed understanding of natural electron transport processes. Y1 - 2018 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:526-opus4-12780 SN - 1083-351X VL - 293 IS - 23 SP - 9090 EP - 9100 ER - TY - GEN A1 - Wettstein, Christoph A1 - Kano, Kenji A1 - Schäfer, Daniel A1 - Wollenberger, Ulla A1 - Lisdat, Fred T1 - Die Flavin-abhängige Fruktosedehydrogenase und Cytochrom c: Elektronentransfer und Sensorstrategien T2 - Wissenschaftliche Beiträge 2017 N2 - Die hier durchgeführten Untersuchungen ermöglichen ein besseres Verständnis der Elektronentransferprozesse zwischen der Flavin-abhängigen Fruktosedehydrogenase (FDH) und dem Redoxprotein Cytochrom c (Cyt c). Dies liefert im Hinblick auf sensorische Anwendungen wichtige Erkenntnisse für vorteilhafte Sensorarchitekturen und deren Messbedingungen. Es wurden zwei unterschiedliche pH-Optima für die Redoxreaktion der beiden Proteine untereinander entdeckt. Die Reaktion wurde im Weiteren mit Elektroden kombiniert und so eine Fruktose-abhängige Stromantwort detektiert. Darüber hinaus konnten definierte dreidimensionale Sensorarchitekturen der beiden Proteine, mit Hilfe von DNA als zusätzlichen biologischen Baustein erzeugt und für die Sensorik genutzt werden. N2 - With regard to sensor application, flavin-dependent fructose dehydrogenase (FDH) and the redox protein cytochrome c (cyt c) were examined for a better understanding of electron transfer (ET) pathways. First, two different pH optima could be determined for the reaction of both proteins. A fructose-dependent signal can be achieved on a cyt c electrode with adsorbed FDH as well as with the enzyme in solution. Furthermore, fructose sensors could be produced using a defined arrangement of cyt c and FDH by the layer-by-layer technique with DNA as a second building block. Y1 - 2017 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:526-opus4-9379 SN - 0949-8214 VL - 21 SP - 13 EP - 21 ER -