Khalid Salaitas Nanosensor erkennt Coronaviren in der Atemluft
Khalid Salaita entwickelte einen Sensor, der Viren wie Sars-Cov-2 in der Luft identifizieren kann. Doch das ist nicht die einzige Leistung des amerikanischen Forschers. Seine Überlegungen erstrecken sich auch auf die Entwicklung sogenannter Nanobots.
Im Frühjahr 2020, als die Corona-Pandemie die Welt in ihren Bann zog und auch die Emory-Universität in Atlanta, USA, in den Lockdown ging, stellten sich Chemieprofessor Khalid Salaita und sein Team eine entscheidende Frage: „Wie können wir mit unserer Forschung einen Beitrag zur Bekämpfung dieser Pandemie leisten?“, erinnert sich Salaita. Er wollte einen Sensor entwickeln, der Coronaviren in der Luft praktisch in Echtzeit aufspüren kann, ähnlich wie ein Rauchmelder Rauch erkennt.
Zukunftsweisende Idee
Die Idee war äußerst gewagt, denn die Erreger sind etwa 100 Nanometer klein, was einem hundert Milliardstel eines Meters entspricht. Darüber hinaus schweben sie in sehr geringer Konzentration in der Luft. Doch Salaitas Team ist mit den winzigen Welten der Nanotechnologie seit vielen Jahren vertraut. Die Forscher konstruieren Nanomaschinen, von denen einige bis zu 10.000 Mal dünner sind als ein menschliches Haar.
„Wir bauen aus DNA-Bausteinen winzige Motoren“, sagt Salaita. Es handelt sich um Moleküle, die sich bewegen und in der Lage sind, Kräfte auszuüben. Die Forscher haben die Idee, mit diesen Molekülen einen Virendetektor zu entwickeln. Dieses Gerät, das beispielsweise an Flughäfen eingesetzt werden könnte, soll Alarm schlagen, sobald Coronaviren in der Luft nachgewiesen werden.
Nach zahlreichen Versuchen und drei intensiven Arbeitsjahren präsentierte Professor Salaita schließlich den Prototyp eines solchen Detektors namens Rolosense. Dieses Gerät, etwa so groß wie ein kleiner Bluetooth-Lautsprecher, enthält Komponenten, die zusammen nur wenige Dollar kosten. Der Detektor visualisiert, was auf molekularer Ebene geschieht und kann laut Experimenten Proben von Sars-Cov-2 in konzentriertem Atem von infizierten Personen identifizieren. Theoretisch sogar auch in der Umgebungsluft.
Future Insight Prize für Entdeckung
Für seine Entdeckung wurde Salaita mit dem Future Insight Prize in Darmstadt ausgezeichnet. Der Chemiker durfte sich über diese renommierte Forschungsauszeichnung, die jährlich vom Chemie- und Pharmahersteller Merck aus Darmstadt verliehen wird, freuen. Der Preis ist mit einer Summe von einer halben Million Euro dotiert.
Obwohl Salaitas Sensor derzeit noch nicht kommerziell genutzt wird, wurde seine Methode von der Jury hoch gelobt. Die Jury hebte unter anderem hervor, dass die Technologie in der Virusidentifikation bereits weit fortgeschritten zu sein scheint und äußerst innovativ und vielversprechend wirkt. Salaita selbst hat bereits viele weitere Anwendungsideen für seine DNA-Motoren. So spekuliert er etwa damit, molekulare Roboter zu entwickeln, die Medikamente gezielt in bestimmte Körperbereiche transportieren können oder winzige Computer aus DNA, die Berechnungen durchführen und neue medizinische Anwendungen ermöglichen.
Designen von Proteinen dank DNA
Über viele Jahre hinweg haben Wissenschaftler die Motorproteine der Zellen erforscht. Doch wenn man Forscher danach fragt, ob sie einen solchen Motor erschaffen können, wird man oft mit Skepsis konfrontiert, wie Salaita erklärt. Das Designen von Proteinen sei noch zu kompliziert. Daher haben die Forscher sich einem anderen Material zugewandt, das sich besser für den Bau von Miniaturmaschinen eignet: DNA, das Erbgutmaterial aller Lebewesen.
Die DNA ist eigentlich in Form einer Doppelhelix aufgebaut. Das sei jedoch nur eine von zahlreichen möglichen Strukturen, in die sich die vier Basen der DNA arrangieren können. Im Labor knüpfen die Forscher mit organischer Chemie Base für Base einen spezifischen DNA-Strang. Diesen DNA-Strang setzen sie dann in eine Lösung, woraufhin er sich von selbst in die gewünschte Form faltet.
In diesem Miniatur-Origami lassen sich erstaunliche Fertigkeiten entwickeln. Khalid Salaita berichtet, dass Forscher aus Neugier bereits zehntausende Formen aus DNA geschaffen haben, darunter Boxen, Kugeln und sogar ein Smiley-Gesicht. Gemeinsam mit seinem Team geht der Chemiker nun einen großen Schritt weiter: Er baut DNA-Motoren. Dazu erschaffen die Forscher aus RNA, einem DNA-ähnlichen Molekül, eine Art Teppich. Mit DNA bauen sie einen Motor, an dem viele DNA-Fäden hängen. Ähnlich wie eine Klette klammert sich der Motor mit seinen Fäden an den RNA-Teppich.
Dann kommt der Trick: Spezielle Enzyme, die die Forscher hinzufügen, zerstören genau den Bereich des RNA-Teppichs, an dem sich der Motor festhält. Sie ziehen dem Motor gewissermaßen den Teppich unter den Füßen weg. Der Motor reagiert sofort: Er klammert sich mit seinen DNA-Strängen einige Nanometer weiter an die nächsten Teile des RNA-Teppichs. Auf diese Weise rollt der Motor in eine Richtung voran. Die Enzyme zerstören dann den nächsten Teil des Teppichs und so setzt sich der Vorgang fort.
Khalid Salaid leistet wahre Pionierarbeit und trägt mit seinen Ideen und Umsetzungen wesentlich zu einer Beschleunigung der Technologie bei.
