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2025-04-01T07:59:17Z

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'''Aptamere''' (von {{laS|aptus|de=passen}} und {{elS|''meros''|de=Teil}}) sind kurze einzelsträngige [[Desoxyribonukleinsäure|DNA]]- oder [[Ribonukleinsäure|RNA]]-[[Oligonukleotid]]e (25–70 [[Nukleobasen|Basen]]), die ein spezifisches [[Molekül]] über ihre 3D-Struktur binden können.<ref>A. D. Ellington, [[Jack Szostak|J. W. Szostak]] ''In vitro selection of RNA molecules that bind specific ligands.'' In: ''Nature.'' Band 346, 1990, S. 818–822, PMID 1697402, [[doi:10.1038/346818a0]]</ref> Peptid-Aptamere sind Moleküle mit [[Peptid]]struktur, die typischerweise aus einem konstanten Proteingerüst bestehen, in das eine variable peptidische Sequenz eingefügt ist.<ref name="Colas2005">Pierre Colas: ''Peptide Aptamers.'' In: ''Springer eBooks.'' 2005, S. 1368–1372. [[doi:10.1007/3-540-29623-9_3530]].</ref>

== Beschreibung ==
Aptamere binden an [[Proteine]], z. B. [[Wachstumsfaktor (Protein)|Wachstumsfaktoren]] und [[Bakterien|bakterielle]] Gifte, niedermolekulare Stoffe, wie [[Aminosäuren]] und [[Antibiotika]], und auch an [[Virion|Viruspartikel]].<ref name=":0">{{Literatur |Autor=Quanyuan Wan, Xiaohui Liu, Youli Zu |Titel=Oligonucleotide aptamers for pathogen detection and infectious disease control |Sammelwerk=Theranostics |Band=11 |Nummer=18 |Datum=2021 |Seiten=9133–9161 |Sprache=en |DOI=10.7150/thno.61804 |PMC=8419047 |PMID=34522231}}</ref><ref name=":1">{{Literatur |Autor=Tae-Hyeong Kim, Seong-Wook Lee |Titel=Aptamers for Anti-Viral Therapeutics and Diagnostics |Sammelwerk=International Journal of Molecular Sciences |Band=22 |Nummer=8 |Datum=2021-04-17 |Seiten=4168 |Sprache=en |DOI=10.3390/ijms22084168 |PMC=8074132 |PMID=33920628}}</ref><ref name=":2">{{Literatur |Autor=Banani Chakraborty, Sreyashi Das, Arushi Gupta, Yanyu Xiong, Vyshnavi T-V, Megan E. Kizer, Jinwei Duan, Arun Richard Chandrasekaran, Xing Wang |Titel=Aptamers for Viral Detection and Inhibition |Sammelwerk=ACS infectious diseases |Band=8 |Nummer=4 |Datum=2022-04-08 |Seiten=667–692 |Sprache=en |DOI=10.1021/acsinfecdis.1c00546 |PMC=8905934 |PMID=35220716}}</ref> Aptamere haben [[Dissoziationskonstante]]n im pico- bis nanomolaren Bereich. Sie binden demnach an ihre Zielmoleküle ähnlich stark wie [[Antikörper]]. Diese hohe Affinität wird erreicht, indem sich die 3D-Struktur des [[Oligonukleotid]]es genau um den Bindungspartner herumfaltet („adaptive Bindung“). Die wichtigsten Interaktionen neben der Passgenauigkeit sind [[elektrostatisch]]e Wechselwirkungen und [[Wasserstoffbrücken]].

Aptamere werden künstlich (''[[in vitro]]''), nach dem Kriterium einer möglichst hohen spezifischen [[Affinität (Biochemie)|Bindungsaffinität]] hergestellt. Dazu erstellt man große Zufallsbibliotheken von Oligonukleotiden unterschiedlicher Basenabfolge, in einer Größenordnung von 1014 bis 1015 verschiedenen Sequenzen pro [[Mol#Dezimale Vielfache|µmol]]. (Bei einer Oligonukleotidlänge von 40 bis 70 Basen wären deutlich mehr Variationen möglich, bis zu 1042, aber solche Mengen sind nicht herstellbar). Aus diesen Sequenzen werden über die „[[SELEX|systematische Evolution von Liganden durch exponentielle Anreicherung]]“ ({{enS|selection of ligands by exponential enrichment}}, SELEX®) diejenigen herausgefiltert, die das gewünschte Molekül am stärksten binden.<ref>C. Tuerk und L. Gold: ''Systematic evolution of ligands by exponential enrichment: RNA ligands to bacteriophage T4 DNA polymerase.'' In: ''Science.'' Band 249, 1990, S. 505–510, PMID 2200121, [[doi:10.1126/science.2200121]]</ref> Die Aptamer-Kandidaten werden mit immobilisierten [[Ligand]]en vermischt und die nicht gebundenen weggewaschen. Zurück bleiben Kandidaten, die eine hohe [[Affinität (Biochemie)|Affinität]] für das Zielmolekül besitzen. Diese vermehrt man über [[Polymerase-Kettenreaktion|PCR]] und beginnt einen neuen Zyklus von Bindung und Wegwaschen der schwächer gebundenen Kandidaten. Nach mehreren Durchgängen erhält man ein oder zwei Oligonukleotide, die als Aptamere bezeichnet werden.

Aptamere vereinen die günstigen Eigenschaften von kleinen Molekülen und Antikörpern. Zu diesen Eigenschaften gehören unter anderem
* hohe Spezifität und Affinität
* chemische Stabilität
* niedrige [[Immunogenität]]
* die Fähigkeit der gezielten Beeinflussung von Protein-Protein-Interaktionen

Im Gegensatz zu [[monoklonal]]en Antikörpern werden Aptamere chemisch synthetisiert und nicht biologisch exprimiert, was einen erheblichen Kostenvorteil bei ihrer Synthese darstellt. Bei der Synthese können vielfältige Modifikationen, wie beispielsweise der Einbau von [[Fluoreszenz]]-[[Molekülmarkierung|Reportermolekülen]] oder [[Affinitätstag]]s, vorgenommen werden. Wird ein Aptamer mit [[Polyethylenglykol]] (PEG) [[Konjugation (Chemie)|konjugiert]], kann z. B. verhindert werden, dass die ursprünglich sehr kleinen Moleküle zu schnell über die Niere [[Filtration (Trennverfahren)|filtriert]] oder [[Exkretion|ausgeschieden]] werden. Dadurch lässt sich die [[Eliminationshalbwertszeit]] vom Minutenbereich zu Stunden deutlich erhöhen. Die enzymatische Stabilität von Aptameren lässt sich zudem durch Verwendung chemisch modifizierter oder [[Stereochemie|stereochemisch]] spiegelbildlicher Nukleotide ([[Spiegelmer]]e)<ref name="pmid12669461">{{Literatur |Autor=A. Vater, S. Klussmann |Titel=Toward third-generation aptamers. Spiegelmers and their therapeutic prospects |Sammelwerk=Current Opinion in Drug Discovery & Development |Band=6 |Nummer=2 |Datum=2003-03 |Seiten=253–261 |Sprache=en |PMID=12669461}}</ref> verbessern.

== Anwendungen ==
Durch ihre Fähigkeit, die Funktion einzelner Proteine in der Zelle gezielt auszuschalten, gelten Aptamere als molekulare Werkzeuge. Aptamere finden Verwendung als Therapeutika, in der medizinischen [[Diagnostik]] und der Umweltanalytik.

=== Onkologie ===
Insbesondere in der [[Onkologie]] sind mit Aptameren Therapieansätze möglich.<ref>G. Zhou, G. Wilson, L. Hebbard, W. Duan, C. Liddle, J. George, L. Qiao: ''Aptamers: A promising chemical antibody for cancer therapy.'' In: ''Oncotarget.'' [elektronische Veröffentlichung vor dem Druck] Februar 2016, [[doi:10.18632/oncotarget.7178]], PMID 26863567.</ref> Zurzeit gibt es keinen auf Aptameren basierenden Wirkstoff für die [[Krebstherapie]]. Mehrere klinische Studien wurden jedoch begonnen.

=== Altersbedingte Makuladegeneration (AMD) ===
Im Dezember 2004 wurde in den USA [[Pegaptanib]] als [[Arzneistoff]] zugelassen, das nach der europaweiten Zulassung im Februar 2006 seit Mai 2006 in Deutschland im Handel ist. Es ist für die Behandlung gegen die [[Makuladegeneration#Feuchte Makuladegeneration|feuchte altersbedingte Makula-Degeneration]] (AMD) zugelassen. Pegaptanib ist ein 27[[-mer#Chemie|mer]] RNA-Aptamer, das mit dem Ziel entwickelt wurde, hochspezifisch und mit hoher Affinität an den Wachstumsfaktor [[VEGF]] (Vascular Endothelial Growth Factor) zu binden.<ref>E. W. Ng ''et al.'': ''Pegaptanib, a targeted anti-VEGF aptamer for ocular vascular disease.'' In: ''Nat. Rev. Drug. Discov.'' Band 5, 2006, S. 123–132, PMID 16518379, [[doi:10.1038/nrd1955]].</ref>

=== Lebensmittelanalytik ===
Die Bindungsfähigkeit von Aptameren an Oberflächen bakterieller Zellwände kann zur Anreicherung verwendet werden, um die analytische [[Nachweisgrenze]] bei nachfolgenden Analysen zu senken.<ref>{{Literatur |Autor=Christin Fischer, Markus Fischer |Hrsg=Otto Holst |Titel=Aptamer-Based Trapping: Enrichment of Bacillus cereus Spores for Real-Time PCR Detection |Sammelwerk=Microbial Toxins |Verlag=Springer Science+Business Media LLC |Ort=New York, NY |Datum=2017 |ISBN=978-1-4939-6956-2 |Seiten=61–68 |DOI=10.1007/978-1-4939-6958-6_6}}</ref> Gekoppelt mit einer [[Real Time Quantitative PCR]] kann dies in der [[Milchwirtschaft]] zur Bestimmung der Anzahl von ''[[Bacillus cereus|Bacillus-cereus-]]''Sporen Anwendung finden.<ref>{{Literatur |Autor=Christin Fischer, Tim Hünniger, Jan-Hinnerk Jarck, Esther Frohnmeyer, Constanze Kallinich |Titel=Food Sensing: Aptamer-Based Trapping of Bacillus cereus Spores with Specific Detection via Real Time PCR in Milk |Sammelwerk=Journal of Agricultural and Food Chemistry |Band=63 |Nummer=36 |Datum=2015-09-16 |Seiten=8050–8057 |Sprache=en |DOI=10.1021/acs.jafc.5b03738}}</ref>

=== Toxikologie ===
Aptamerbasierte Schnellteste können in der [[Notfallmedizin]] als [[Bedside-Test]] Anwendung finden.<ref>{{Literatur |Autor=Juewen Liu, Debapriya Mazumdar, Yi Lu |Titel=A Simple and Sensitive “Dipstick” Test in Serum Based on Lateral Flow Separation of Aptamer-Linked Nanostructures |Sammelwerk=Angewandte Chemie |Band=118 |Nummer=47 |Datum=2006-12-04 |Seiten=8123–8127 |Sprache=en |DOI=10.1002/ange.200603106}}</ref>
Ende 2006 wurde ein auf der Aptamer-Technologie basierender [[Kokain]]-Schnelltest vorgestellt.<ref>[https://www.deutschlandfunk.de/teststaebchen-fuer-kokain.676.de.html?dram:article_id=24284 ''Teststäbchen für Kokain''] Deutschlandfunk. Abgerufen am 14. Mai 2019.</ref>

=== Virologie ===
Weitere Anwendungsmöglichkeiten von Aptameren finden sich im Bereich der [[Virologie]] und dort bei der labormedizinischen [[Virologische Diagnostik|Diagnostik von viralen Infektionskrankheiten]].<ref name=":0" /><ref name=":2" /> Die therapeutische Behandlung von Viruserkrankungen mit Hilfe von Aptameren ist ein weiteres Einsatzgebiet, das sich zu großen Teilen noch in der Erforschung befindet.<ref name=":0" /><ref name=":1" /> Bisher wurde der Einsatz von Aptameren im Zusammenhang mit folgenden viralen Infektionskrankheiten untersucht: [[Ebolavirus]] (EBOV), [[Herpes-simplex-Viren]] (HSV), [[Humane Papillomviren]] (HPV), [[Hepatitis-B-Virus]] (HBV), [[Hepatitis-C-Virus]] (HCV), [[Humanes Immundefizienz-Virus|Humanes Immundefizienz-Virus (HIV)]], [[Influenza-A-Virus H1N1]], [[Influenza-A-Virus H5N1]], [[Influenzaviren]], [[Tick-borne encephalitis|Tick-borne-Encephalitis-Virus]] (TBEV), [[Japanische Enzephalitis|Japanische-Enzephalitis-Virus]] (JEV), [[Zika-Virus]] (ZIKV), [[Dengue-Virus]] (DENV), [[Norovirus]] (NoV), [[Coronaviridae|Coronaviren]] (CoV), [[Humanes Respiratorisches Synzytial-Virus]] (RSV),<ref name=":3">{{Literatur |Autor=Kumari Asha, Prashant Kumar, Melvin Sanicas, Clement A. Meseko, Madhu Khanna, Binod Kumar |Titel=Advancements in Nucleic Acid Based Therapeutics against Respiratory Viral Infections |Sammelwerk=Journal of Clinical Medicine |Band=8 |Nummer=1 |Datum=2018-12-20 |Seiten=6 |DOI=10.3390/jcm8010006 |PMC=6351902 |PMID=30577479}}</ref> [[SARS-CoV]],<ref name=":3" /> [[SARS-CoV-2]],<ref>{{Literatur |Autor=Anton Schmitz, Anna Weber, Mehtap Bayin, Stefan Breuers, Volkmar Fieberg, Michael Famulok, Günter Mayer |Titel=A SARS-CoV-2 Spike Binding DNA Aptamer that Inhibits Pseudovirus Infection by an RBD-Independent Mechanism |Sammelwerk=Angewandte Chemie (International Ed. in English) |Band=60 |Nummer=18 |Datum=2021-04-26 |Seiten=10279–10285 |DOI=10.1002/anie.202100316 |PMC=8251191 |PMID=33683787}}</ref><ref>{{Literatur |Autor=Yang Zhang, Mario Juhas, Chun Kit Kwok |Titel=Aptamers targeting SARS-COV-2: a promising tool to fight against COVID-19 |Sammelwerk=Trends in Biotechnology |Band=41 |Nummer=4 |Datum=2023-04 |Seiten=528–544 |DOI=10.1016/j.tibtech.2022.07.012 |PMC=9340053 |PMID=35995601}}</ref> u. v. m.<ref name=":0" /><ref name=":1" /><ref name=":2" />

== Siehe auch ==
* [[BC 007|BC 007 (Rovunaptabin)]]

== Einzelnachweise ==
<references />

[[Kategorie:Nukleinsäure]]
[[Kategorie:Molekularbiologie]]
[[Kategorie:Nukleinsäure-Methode]]

Aptamer - Versionsgeschichte

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