Aufspüren eines Paradigmenwechsels auf dem Gebiet der molekularen Erkennung: von den selektiven Rezeptoren zu den differenziellen Rezeptoren

Die molekulare Erkennung hat sich von einer Wissenschaft zum Verständnis und zur Nachahmung der Funktionsweise biologischer Systeme hin zu einem weit vielfältigeren Forschungsgebiet entwickelt. Natürlich wird weiterhin viel daran gearbeitet, die „Tricks der Natur“ im Hinblick auf intramolekulare Wechselwirkungen zu durchschauen, aber auch die Aussicht auf neue Technologien, die die molekulare Erkennung durch Design eröffnet, erregt zunehmend große Aufmerksamkeit. Die Anwendungen reichen von Methoden des Molekülnachweises bis hin zur Informationsspeicherung, sogar funktionsfähige molekulare Maschinen werden konzipiert. Im vorliegenden Aufsatz werden sowohl einige historische Meilensteine auf dem Gebiet der molekularen Erkennung, die die Grundlagen der intermolekularen Wechselwirkung erläutern, beschrieben als auch neuere Anwendungen in der molekularen Sensorik detaillierter dargestellt. Zielgerichtetes Design kann dazu genutzt werden, Rezeptoren zu entwickeln, die ein großes Maß an Vorhersagbarkeit und Selektivität aufweisen, wozu viele bekannte Mechanismen zur Signalübertragung zur Verfügung stehen. Dies ist der erste Schwerpunkt, der diskutiert wird. Des Weiteren wird das Prinzip des differenziellen und generalisierten Nachweises vorgestellt, bei dem man Sensoren nutzt, die nicht notwendigerweise dem Schlüssel‐Schoss‐Prinzip gehorchen. Dieses Konzept ist vom Geruchs‐ und Geschmackssinn der Säugetiere, auf den wir kurz eingehen werden, inspiriert. Bei diesem Konzept wird notwendigerweise die kombinatorische Synthese eingesetzt, ein Forschungsgebiet, das während der vergangenen Jahre ein stetiges Wachstum erfahren hat. Wir fassen den aktuellen Stand der Forschung zu synthetischen, kombinatorischen Sensoren und Rezeptoren zusammen und werden dann eine Richtung vorherzusagen, die das Gebiet der molekularen Erkennung in Zukunft vermutlich einschlagen wird. Dieser Aufsatz stellt keine detaillierte Analyse der einzelnen Gebiete (synthetische Rezeptoren, Sensoren, Geruchs‐ und Geschmackssinn, kombinatorische Rezeptoren und Sensoren) dar. Vielmehr soll hier gezeigt werden, wie sich all diese einzelnen Gebiete ergänzen und zusammenwirken, um Nachweismethoden zu erschaffen. Unsere Schlussfolgerung ist, dass der spezifische Analytnachweis, differenzielle Nachweismethoden und die kombinatorische Chemie vereint werden, um Sensorarrays zu kreieren. So wird dem Gebiet der molekularen Erkennung unter Verwendung von synthetischen Systemen eine viel versprechende Zukunft eröffnet.