Nanoestructura de orden elevado y sensor y su uso.

Nanoestructura, que contiene:

a) proteinas de la capa S a la que estan ligados aptameros de acidos nucleicos y/o anticuerpos que presentan propiedades de union especificas para una molecula diana,

y

b) nanoparticulas inorganicas y/o colorantes fluorescentes inorganicos o bien organicos u otras biomoleculas, ligados a las proteinas de la capa S, que en calidad de componentes funcionales cumplen diferentes funciones,

configurando las proteinas de la capa S un estrato cristalino sobre una superficie de un sustrato o presentandose en un liquido adecuado en forma de suspension,

en donde los aptameros de acidos nucleicos y/o anticuerpos estan ligados de tal manera a las proteinas de la capa S que llevan a las moleculas diana ligadas a la proximidad de los componentes funcionales que entran en interaccion especifica con la molecula diana.

Nanoestructura de orden elevado y sensor y su uso.

La presente invencion se refiere a una estructura de orden elevado y a un sensor, en la que o bien en el que estan ligados de forma ordenada grupos de moleculas organicos, en particular ligandos (tales como, p. ej., aptameros) , que tienen propiedades de union especificas para una molecula diana, y a su uso.

Sectores de aplicacion de la invencion se encuentran, en particular, en los campos de la biotecnologia, la tecnica de procedimientos, la tecnica medioambiental y farmacia. La estructura de acuerdo con la invencion se adecua, en particular, para la produccion de biosensores, para la analitica biomedica, para eliminar contaminantes y patogenos, para la analitica del ADN, para la preparacion de materiales de filtracion, para procedimientos de separacion o para catalizadores, y en la terapia medica para el transporte preestablecido de un principio activo a su sitio diana (el denominado "drug targeting" - "fijacion de objetivo del farmaco") .

Grupos de moleculas organicos que tienen propiedades de union especificas para moleculas diana definidas son conocidos del estado de la tecnica. Junto a anticuerpos, estos son, en particular, los denominados aptameros, es decir, oligonucleotidos de cadena sencilla en el intervalo de tamaros entre 25 y 70 nucleotidos, que son identificados, p. ej., mediante procedimientos de seleccion in vitro (tambien conocidos como procedimientos SELEX) y que, a traves de su estructura tridimensional, se unen de manera muy especifica a los mas diversos compuestos quimicos.

El documento WO 02/097118 A1 da a conocer un procedimiento para el revestimiento de materiales de soporte con proteinas de la capa S mediante separacion electroquimica. El estrato de proteinas de la capa S puede utilizarse como soporte para moleculas funcionales. En tal caso, las moleculas funcionales se ligan a las proteinas de la capa S antes de la separacion sobre un sustrato o despues de la configuracion de una estructura cristalina. En tal caso, las moleculas funcionales se depositan en posiciones que vienen predeterminadas por la estructura cristalina.

El documento WO 02/061392 A2 da a conocer un procedimiento y un dispositivo para la deteccion de analitos en liquidos. Sobre un sustrato se crea una disposicion ordenada de sensores con cavidades mediante la tecnologia de ataque quimico. En estos se posicionan particulas quimicamente sensibles, las cuales son combinadas en una forma de realizacion con moleculas organicas en calidad de receptores y que en el caso de la interaccion con el analito emiten una seral optica.

Procedimientos utilizados hasta la fecha para la produccion de capas de sensores hacen uso de moleculas individuales que deben ser funcionalizadas a traves de una modificacion multiple. Junto a la introduccion de una funcionalidad para la union de la molecula diana y la introduccion de otra funcionalidad para la deteccion (p. ej., una enzima o un colorante fluorescente) son necesarias otras etapas de procedimiento con el fin de disponer las moleculas sobre una capa.

Los inconvenientes de los procedimientos utilizados hasta ahora son la elevada complejidad en la creacion de superficies que estan ocupadas con nanoestructuras regulares y que pueden ser ligadas a los grupos organicos, las dificultades en la modificacion secuencial y el enlace simultaneo con nanoparticulas inorganicas dispuestas de manera regular. A traves de estos procedimientos, la realizacion de estructuras regulares de distinta periodicidad solo es posible en parte.

Aplicaciones hasta ahora conocidas de proteinas de la capa S para aplicaciones nanobiotecnologicas se reunen en un Articulo recopilatorio de Sleytr U. B. et al. 2007 (FEMS Microbiol. Lett 267: 131-144) . Pleschberger M et al. 2004 (Bioconjugate Chem 15: 664-671) describe la aplicacion de una proteina de fusion procedente de una proteina de la capa S y una cadena pesada de un anticuerpo que reconoce el antigeno especifico para la prostata (PSA - siglas en aleman) en la espectrometria por resonancia de plasmon de superficie (Surface Plasmon Resonance, SPR) para la deteccion de PSA.

La mision de la invencion es proporcionar una estructura en la que esten ligados de manera ordenada grupos de moleculas organicos, en particular grupos de moleculas que tienen propiedades de union especificas (tales como,

p. ej., aptameros) y, con ello, llevar las sustancias ligadas por los grupos de moleculas organicos a la proximidad de componentes funcionales con los que entren en interaccion especifica.

Conforme a la invencion, este problema se resuelve mediante las caracteristicas de la reivindicacion principal y de las reivindicaciones subordinadas.

Objeto de la invencion es una nanoestructura conforme a la reivindicacion 1, que contiene:

a) Proteinas de la capa S a la que estan ligados grupos de moleculas organicos que presentan propiedades de union especificas para una molecula diana, y

b) nanoparticulas inorganicas y/o colorantes fluorescentes inorganicos o bien organicos u otras biomoleculas, ligados a las proteinas de la capa S, que en calidad de componentes funcionales cumplen diferentes funciones, configurando las proteinas de la capa S un estrato cristalino sobre una superficie de un sustrato o presentandose en un liquido adecuado en forma de suspension,

en donde los aptameros de acidos nucleicos y/o anticuerpos estan ligados de manera ordenada a las proteinas de la capa S de modo que llevan a las moleculas diana ligadas a la proximidad de los componentes funcionales que entran en interaccion especifica con la molecula diana (analito) .

La nanoestructura forma en tal caso una capa sobre la superficie de un sustrato o una suspension, preferiblemente en un medio acuoso.

De acuerdo con la invencion, a proteinas de la capa S se ligan grupos de moleculas organicos que presentan propiedades de union especificas para una molecula diana. Dado que estas proteinas de la capa S configuran una estructura ordenada, resulta de manera ventajosa una disposicion muy ordenada de los grupos de moleculas organicos y la posibilidad de la modificacion secuencial de la estructura, p. ej. mediante union secuencial de ligandos.

Los ligandos, es decir, grupos de moleculas que presentan propiedades de union especificas para una molecula diana, son aptameros y anticuerpos que hacen posible ligar de manera selectiva la molecula diana a la estructura. El termino "anticuerpo" comprende en tal caso tambien anticuerpos preparados de forma recombinante (tales como

p. ej., scFv - fragmento variable de cadena sencilla, siglas en ingles) y otros fragmentos de anticuerpos (tales como, p. ej., los fragmentos Fab y F (ab') 2) .

De acuerdo con la invencion, a las proteinas de la capa S se ligan, ademas, nanoparticulas y/o colorantes fluorescentes inorganicos o bien organicos u otras biomoleculas (tales como, p. ej., enzimas) que, en calidad de componentes funcionales, cumplen diferentes funciones tales como, p. ej., la separacion magnetica, la descomposicion enzimatica o bien catalitica, en particular fotocatalitica de la molecula diana o la deteccion de la molecula diana.

De manera preferida, se utilizan proteinas de la capa S bacterianas de los generos Bacillus, Geobacillus, Lactobacillus, Lysinibacillus, Oeinococcus, Sporosarcina. La particularidad de las proteinas de la capa S consiste en su capacidad de organizarse por si mismas formando nanoestructuras de orden elevado, las denominadas capas S. En tal caso, los monomeros de las proteinas se reunen para formar estructuras de la red paracristalinas que pueden presentar distintas simetrias. Estas pueden ser una simetria oblicua (Figs. 1a, b) , una simetria cuadrada (Fig. 1c) o una simetria hexagonal (Figa. 1d, e) . Las constantes de la red ascienden a 5 nm hasta 40 nm y, a menudo, a 12 nm hasta 20 nm. Las redes de proteinas poseen poros de un tamaro unitario dispuestos de forma regular, con un diametro de 2 nm a 8 nm. Con ello, con la capa S esta disponible una nanoestructura autoorganizativa compleja que no puede ser creada o solo puede ser creada con mucha complejidad con medios tecnicos.

La estructura de acuerdo con la invencion formada por las proteinas de la capa S forma preferiblemente una capa sobre la superficie de un sustrato, preferiblemente vidrio, mica, oxido de magnesio, oxido de aluminio, silicio o dioxido de silicio. Las proteinas de la capa S se recristalizan, ademas, en superficies limite a monocapas. Se adecuan para el revestimiento... [Seguir leyendo]

1. Nanoestructura, que contiene:

a) proteinas de la capa S a la que estan ligados aptameros de acidos nucleicos y/o anticuerpos que presentan propiedades de union especificas para una molecula diana, y

b) nanoparticulas inorganicas y/o colorantes fluorescentes inorganicos o bien organicos u otras biomoleculas, ligados a las proteinas de la capa S, que en calidad de componentes funcionales cumplen diferentes funciones,

configurando las proteinas de la capa S un estrato cristalino sobre una superficie de un sustrato o presentandose en un liquido adecuado en forma de suspension,

en donde los aptameros de acidos nucleicos y/o anticuerpos estan ligados de tal manera a las proteinas de la capa S que llevan a las moleculas diana ligadas a la proximidad de los componentes funcionales que entran en interaccion especifica con la molecula diana.

2. Estructura segun la reivindicacion 1, caracterizada porque los aptameros y/o anticuerpos ligan especificamente metales pesados, sustancias medicamentosas o moleculas organicas en sistemas acuosos.

3. Estructura segun la reivindicacion 1 o 2, caracterizada porque se utilizan proteinas de la capa S de los generos de bacterias elegidos de Bacillus, Lactobacillus, Lysinibacillus, Geobacillus, Oeionococcus, Sporosarcina.

4. Estructura segun una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizada porque las particulas son de magnetita o presentan propiedades cataliticas, preferiblemente propiedades fotocataliticas.

5. Estructura segun una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizada porque la estructura contiene dos moleculas diferentes entre si que son adecuadas para crear una transferencia de energia por resonancia Forster (FRE ) , estando ligados para ello a la estructura preferiblemente dos colorantes fluorescentes organicos y/o inorganicos diferentes entre si.

6. Estructura segun la reivindicacion 5, caracterizada porque al menos uno de los colorantes fluorescentes es un punto cuantico.

7. Sensor que contiene proteinas de la capa S y dos moleculas diferentes entre si que son adecuadas para crear una transferencia de energia por resonancia Forster (FRE ) , configurando las proteinas de la capa S una capa cristalina sobre una superficie de un sustrato o presentandose en forma de suspension en un liquido adecuado, estando ligados a las proteinas que se auto-organizan aptameros y/o anticuerpos, en donde mediante la union a los aptameros o anticuerpos, las moleculas y/o atomos a detectar se aproximan al par de donante/aceptor, con lo cual se modifica la seral FRE y se determina la modificacion mediante tecnicas de medicion.

8. Sensor segun la reivindicacion 7, caracterizado porque los aptameros y/o anticuerpos ligan especificamente metales pesados o moleculas organicas o sustancias medicamentosas en sistemas acuosos.

9. Sensor segun la reivindicacion 7 u 8, caracterizado porque al menos uno de los dos colorantes fluorescentes es un punto cuantico.

10. Sensor segun una de las reivindicaciones 7 a 9, caracterizado porque se utilizan proteinas de la capa S de los generos de bacterias elegidos de Bacillus, Lactobacillus, Lysinibacillus, Geobacillus, Oeionococcus, Sporosarcina.

11. Uso de la estructura segun una de las reivindicaciones 1 a 6 o del sensor segun una de las reivindicaciones 7 a 10 en biotecnologia, tecnica de procedimientos, tecnica medioambiental, farmacia y/o analitica biomedica.

12. Uso de la estructura segun una de las reivindicaciones 1 a 6 para eliminar sustancias contaminantes y/o patogenos, para la analitica del ADN, para la produccion de materiales de filtracion, para procedimientos de separacion y/o catalizadores.