Rheologie und Dynamik aktiver Biopolymernetzwerke

• Antragsteller: Professor Dr. Albrecht Ott; Professor Dr. Walter Josef Zimmermann
• Fachliche Zuordnung: Statistische Physik, Nichtlineare Dynamik, Komplexe Systeme, Weiche und fluide Materie, Biologische Physik
• Förderung: Förderung von 2005 bis 2011
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 13389852

• Erstellungsjahr: 2008

Zusammenfassung der Projektergebnisse

Im Projekt wurde die neue Materialklasse „aktives Gel" untersucht. Das untersuchte aktive Gel wird durch F-Aktin-Filamente, ein in den Zellen weit verbreitetes Biopolymer, sowie durch langlebige Vernetzer-Proteine und kurzlebige, durch aktive Motor-Komplexe erzeugte Vernetzungspunkte aufgebaut. Letztere induzieren den Transport der Filamente sowie die nichtlinearen dynamischen und elastischen Eigenschaften des Gels. Die dynamischen Eigenschaften dieses Materials wurden mit dynamischen Lichtstreumessungen untersucht. Gleichzeitig wurde ein eindimensionales Modell für dieses Filamentsystem mit zwei Klassen von Vernetzungspunkten entwickelt. Durch die Analyse des Modells wurden neue Bifurkationen sowie ein neuartiges Wechselspiel dieser Bifurkationen mit den mechanischen Eigenschaften des Systems vorhergesagt. Die damit verbundenen, neuartigen mechanosensitiven Phänomene sind Gegenstand weiterführender Untersuchungen.

Projektbezogene Publikationen (Auswahl)

• A Master Relation Defines the Nonlinear Viscoelasticity of Single Fibroblasts, Biophys. J. 90, 3796 (2006)
  P. Fernández, P. A. Pullarkat, A. Ott
  
• Nonlinear competition between asters and stripes in filament-motor systems, Eur. Phys. J. E 18, 41 (2006)
  F. Ziebert, W. Zimmermann
  
• On cytoskeletal patterns and intrinsic disorder effects, Nonlinear Phenomena in Complex Systems 9, 198 (2006)
  F. Ziebert, M. Hammele, W. Zimmermann
  
• On the effects of disorder on a stationary bifurcation, Physica D 218, 139 (2006)
  M. Hammele, W. Zimmermann
  
• Molecular motor-induced instabilities and crosslinkers determine biopolymer organization, Biophys. J. 93, 4445 (2007)
  D. Smith, F. Ziebert, D. Humphrey, C. Duggan, M. Steinbeck, W. Zimmermann, J. Käs
  
• On hexagonal, square and stripe patterns of the ion channel density in biomembranes, Phys. Rev. E 75, 016202 (2007)
  M. Hilt, W. Zimmermann
  
• Rheological properties of the Eukaryotic cell cytoskeleton, Phys. Rep. 449, 29 (2007)
  P. A. Pullarkat, P. Fernández, A. Ott
  
• Shape oscillations of non-adhering fibroblast cells, Phys. Bio. 4, 268 (2007)
  G. Salbreux, J. F. Joanny, J. Prost, P. Pullarkat
  
• Shear rheology of a cell monolayer, New. J. Phys. 9, 419 (2007)
  P. Fernández, L. Heyman, A. Ott, N. Aksel, P. A. Pullarkat