Biotinylated Proteins: Better insight through better binding

Die Bindung zwischen Biotin und Streptavidin gehört zu den stärksten bekannten nichtkovalenten Bindungen. In der Molekularbiologie wird sie häufig genutzt, um zwei unterschiedliche Moleküle miteinander zu koppeln, die normalerweise nicht aneinander binden würden.

Was ist Biotin?

Biotin ist ein kleines Molekül (~244 Da), das von lebenden Organismen produziert wird. Biotin ist auch als Vitamin B₇ bekannt, wirkt als Coenzym und ist für die Synthese verschiedener physiologisch relevanter Verbindungen erforderlich.

Was sind Avidin und Streptavidin?

Avidin und Streptavidin sind tetramere Proteine mit einer außergewöhnlich hohen Affinität zu Biotin. Avidin kommt natürlicherweise in Eiklar sowie in den Eileitern verschiedener eierlegender Tiere vor, während Streptavidin von Streptomyces avidinii produziert wird. Obwohl beide Proteine nur eine geringe Sequenzähnlichkeit aufweisen, bilden sie bemerkenswert ähnliche übergeordnete Strukturen. Es wird angenommen, dass beide Proteine im Laufe der Evolution als Mechanismus zur Hemmung des Bakterienwachstums entstanden sind, da zahlreiche Bakterienarten für wichtige Stoffwechselprozesse auf Biotin angewiesen sind.

Warum Biotin/Streptavidin verwenden?

In Molekularbiologie und Biotechnologie wird Biotin häufig als Konjugat für Antikörper oder andere Proteine verwendet. Aufgrund seiner relativ geringen Größe kann Biotin an viele komplexe, gefaltete Proteinstrukturen konjugiert werden, ohne dass eine erhebliche sterische Behinderung die Herstellung, Faltung oder physiologische Funktion des Trägerproteins beeinträchtigt.

Die Wechselwirkung zwischen Biotin und Streptavidin gehört zu den stärksten bekannten nichtkovalenten chemischen Bindungen^[1]. Das Biotin-Streptavidin-System wird daher häufig wie ein „molekularer Klettverschluss“ eingesetzt, um zwei Strukturen physikalisch miteinander zu verbinden, die normalerweise nicht interagieren würden.

Biotin-konjugierte Antikörper werden beispielsweise häufig mit unterschiedlichen Streptavidin-konjugierten Farbstoffen oder Enzymen kombiniert. Durch die Trennung des Antikörpers vom eigentlichen Detektionskonjugat entsteht ein besonders flexibles und vielseitiges System. Ein einzelner Antikörper kann so beispielsweise mit einem Streptavidin-konjugierten Fluoreszenzfarbstoff für Zellsortierung und IF-Mikroskopie, mit einer Streptavidin-konjugierten Peroxidase für Histochemie oder ELISA oder sogar mit Streptavidin-konjugierten Goldpartikeln für die Immun-Elektronenmikroskopie eingesetzt werden.

Alle biotinylierten Antikörper anzeigen

Biotinylierte rekombinante Proteine

Das Biotin-Streptavidin-System ist ein zentraler Bestandteil moderner Proteomik-Analysen. Tatsächlich verwenden viele ELISA-Kits biotinylierte Antikörper und Streptavidin-konjugierte Peroxidase-Enzyme.

Ein wichtiger, häufig jedoch weniger beachteter Anwendungsbereich sind biotinylierte rekombinante Proteine.

Durch die Konjugation eines aktiven rekombinanten Proteins mit Biotin eröffnen sich zahlreiche Möglichkeiten zur Untersuchung von Protein-Protein-Interaktionen oder physiologischen Funktionen.

FDA: Biotin kann Labortests beeinflussen

Die US-amerikanische Food & Drug Administration (FDA) ist eine Bundesbehörde des United States Department of Health and Human Services. Laut der von der FDA veröffentlichten Sicherheitsmitteilung kann Biotin bestimmte Labortests erheblich beeinflussen und zu falschen Testergebnissen führen, die möglicherweise unentdeckt bleiben.

Viele Labortests, darunter insbesondere kardiovaskuläre Diagnostiktests und Hormontests, die auf Biotin-Technologie basieren, können potenziell betroffen sein. Befindet sich Biotin in der Patientenprobe, können fehlerhafte Testergebnisse entstehen.

Untersuchen Sie bei Assays, die Biotin-Technologie verwenden, mögliche Interferenzen durch Biotin bis zu einer Konzentration von mindestens 1200 ng/mL. Bestimmen Sie die niedrigste Biotinkonzentration, bei der eine klinisch relevante Beeinflussung des jeweiligen Tests auftreten kann.

Biotin im Blut oder in anderen Proben von Patienten, die hohe Biotinmengen über Nahrungsergänzungsmittel aufnehmen, kann klinisch relevante fehlerhafte Laborergebnisse verursachen. Die Zahl der gemeldeten unerwünschten Ereignisse im Zusammenhang mit Biotin-Interferenzen bei Labortests ist gestiegen; darunter wurde auch ein Todesfall berichtet.

Die derzeit verfügbaren Daten reichen nicht aus, um Empfehlungen für eine sichere Durchführung betroffener Tests bei Patienten mit hoher Biotinaufnahme abzuleiten. Dies betrifft unter anderem die Frage, wie lange Biotin benötigt, um aus dem Blut eliminiert zu werden.