Nanogenomics and Nanoproteomics Enabling Personalized, Predictive and Preventive Medicine

Since the discovery of the nucleic acid, molecular biology has made tremendous progresses, achieving a lot of results. Despite this, there is still a gap between the classical and traditional medical approach and the molecular world. Inspired by the incredible wealth of data generated by the &qu...

Ausführliche Beschreibung

Gespeichert in:
1. Verfasser: Bragazzi, Nicola Luigi
Beteiligte: Hampp, Norbert (Prof. Dr.) (BetreuerIn (Doktorarbeit))
Format: Dissertation
Sprache:Englisch
Veröffentlicht: Philipps-Universität Marburg 2014
Chemie
Ausgabe:http://dx.doi.org/10.17192/z2014.0241
Schlagworte:
Online Zugang:PDF-Volltext
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url http://archiv.ub.uni-marburg.de/diss/z2014/0241/pdf/dnlb.pdf
language English
topic Bioinformatik
Nanomedizin
Nanomedicine
NAPPA
Nanoconductometry
Chemie
Quarzmikrowaage
Bioinformatics
Nanonephrology
DNAser
Massenspektrometrie
spellingShingle Bioinformatik
Nanomedizin
Nanomedicine
NAPPA
Nanoconductometry
Chemie
Quarzmikrowaage
Bioinformatics
Nanonephrology
DNAser
Massenspektrometrie
Seit der Entdeckung der Nukleinsäuren hat die Molekularbiologie enorme Fortschritte gemacht und vieles erreicht. Trotz all dem besteht immer noch eine Lücke zwischen dem klassich-traditionellen medizinischen Ansatz und der molekularen Welt. Inspiriert durch die riesigen Datenmengen, die durch die "omics"-geführten Techniken und die "high-throughput" Techniken (HTTs) entstanden sind, habe ich versucht ein Protokoll zu entwickeln, welches die Hürde zwischen der phänomenlogischen Medizin und der Molekularmedizin überbrücken soll und somit das Labor dem Patientenbett etwas näher bringen wird. Außerdem finde ich, dass es dringend nötig ist die wichtigsten "omics" Wissenschaften - Genomics und Proteomics - miteinander zu integrieren. Nucleic Acid Programmable Protein Arrays (NAPPA) können dies erreichen, durch die Verwendung eines "complex mammalian cell free expression" Systems um die Proteine in situ zu erzeugen. Als Alternative zu Ansätzen, die mit floureszenmarkierungen arbeiten, kann eine neue kennzeichnungsfreie Methode, die durch den kombinierten Einsatz von drei unabhängigen und komplementären nanobiotechnologischen Ansätzen entsteht, verwendet werden. Diese Methode mag fähig sein das Zusammenspiel von Gen- und Proteinfunktionen, Gen-Protein, Gen-Medikament, Protein-Protein und Protein-Medikament zu analysieren. Dies wäre sehr vorteilhaft für die personalisierte Medizin. Quartz Micro Circuit Nanogravimetry (QCM), basierend auf Frequenz- und Dissipationsfaktoren, Massenspektrometrie (MS) und anodisches poröses Aluminiumoxid (anodic porous alumina, APA) überwinden fürwahr die Grenzen der "correlated fluorescence detection", welche darunter leidet, dass es trotz gründlichen Waschens im Hintergrund weiterhin detektiert werden kann. Ausserdem wird momentan daran gearbeitet ein "homogeneous and well defined bacterial cell free expression system" weiter zu optimieren, welches die ambitionierten Ziele der Quantifizierung der bestimmenden Gen- und Protein-Netzwerke im menschlichen Körper verwirklichen kann. Implikationen für die personalisierte Medizin der oben erwähnten kennzeichnungsfreien Protein Arrays mit dem Einsatz verschiedener Test- Gene und Proteine werden in dieser Arbeit besprochen.
Bragazzi, Nicola Luigi
Nanogenomics and Nanoproteomics Enabling Personalized, Predictive and Preventive Medicine
publisher Philipps-Universität Marburg
contents Seit der Entdeckung der Nukleinsäuren hat die Molekularbiologie enorme Fortschritte gemacht und vieles erreicht. Trotz all dem besteht immer noch eine Lücke zwischen dem klassich-traditionellen medizinischen Ansatz und der molekularen Welt. Inspiriert durch die riesigen Datenmengen, die durch die "omics"-geführten Techniken und die "high-throughput" Techniken (HTTs) entstanden sind, habe ich versucht ein Protokoll zu entwickeln, welches die Hürde zwischen der phänomenlogischen Medizin und der Molekularmedizin überbrücken soll und somit das Labor dem Patientenbett etwas näher bringen wird. Außerdem finde ich, dass es dringend nötig ist die wichtigsten "omics" Wissenschaften - Genomics und Proteomics - miteinander zu integrieren. Nucleic Acid Programmable Protein Arrays (NAPPA) können dies erreichen, durch die Verwendung eines "complex mammalian cell free expression" Systems um die Proteine in situ zu erzeugen. Als Alternative zu Ansätzen, die mit floureszenmarkierungen arbeiten, kann eine neue kennzeichnungsfreie Methode, die durch den kombinierten Einsatz von drei unabhängigen und komplementären nanobiotechnologischen Ansätzen entsteht, verwendet werden. Diese Methode mag fähig sein das Zusammenspiel von Gen- und Proteinfunktionen, Gen-Protein, Gen-Medikament, Protein-Protein und Protein-Medikament zu analysieren. Dies wäre sehr vorteilhaft für die personalisierte Medizin. Quartz Micro Circuit Nanogravimetry (QCM), basierend auf Frequenz- und Dissipationsfaktoren, Massenspektrometrie (MS) und anodisches poröses Aluminiumoxid (anodic porous alumina, APA) überwinden fürwahr die Grenzen der "correlated fluorescence detection", welche darunter leidet, dass es trotz gründlichen Waschens im Hintergrund weiterhin detektiert werden kann. Ausserdem wird momentan daran gearbeitet ein "homogeneous and well defined bacterial cell free expression system" weiter zu optimieren, welches die ambitionierten Ziele der Quantifizierung der bestimmenden Gen- und Protein-Netzwerke im menschlichen Körper verwirklichen kann. Implikationen für die personalisierte Medizin der oben erwähnten kennzeichnungsfreien Protein Arrays mit dem Einsatz verschiedener Test- Gene und Proteine werden in dieser Arbeit besprochen.
description Since the discovery of the nucleic acid, molecular biology has made tremendous progresses, achieving a lot of results. Despite this, there is still a gap between the classical and traditional medical approach and the molecular world. Inspired by the incredible wealth of data generated by the "omics"-driven techniques and the “high-trouhgput technologies” (HTTs), I have tried to develop a protocol that could reduce the actually extant barrier between the phenomenological medicine and the molecular medicine, facilitating a translational shift from the lab to the patient bedside. I also felt the urgent need to integrate the most important omics sciences, that is to say genomics and proteomics. Nucleic Acid Programmable Protein Arrays (NAPPA) can do this, by utilizing a complex mammalian cell free expression system to produce proteins in situ. In alternative to fluorescent-labeled approaches a new label free method, emerging from the combined utilization of three independent and complementary nanobiotechnological approaches, appears capable to analyze gene and protein function, gene-protein, gene-drug, protein-protein and protein-drug interactions in studies promising for personalized medicine. Quartz Micro Circuit nanogravimetry (QCM), based on frequency and dissipation factor, mass spectrometry (MS) and anodic porous alumina (APA) overcomes indeed the limits of correlated fluorescence detection plagued by the background still present after extensive washes. Work is in progress to further optimize this approach a homogeneous and well defined bacterial cell free expression system able to realize the ambitious objective to quantify the regulatory gene and protein networks in humans. Implications for personalized medicine of the above label free protein array using different test genes and proteins are reported in this PhD thesis.
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