Ein biokombinatorischer Ansatz zu enzymatisch aktivierbaren Klebstoffen
Final Report Abstract
In dieser Arbeit wurde erstmals die Schaltbarkeit muschelinspirierter Peptide zu starken Bindern für Aluminiumoxid- sowie Stahl-Oberflächen demonstriert. Die Bindungseigenschaften wurden dabei durch enzymatisch katalysierte Oxidation von schwach adhärierenden L-Tyrosin-Resten durch Tyrosinase aktiviert. Erste Studien an der repetitiven 10-mer-Peptidsequenz AKPSYPPTYK aus Mefp-1 ermöglichte die Untersuchung der Konjugation mit PEO850-5200. Dabei stellte sich das PEO3200-Konjugat als bester Kompromiss aus Substrat- sowie Bindungseigenschaften heraus. Anschließend wurde die biokombinatorische Methode des Phagen-Displays erweitert, um de novo schaltbare Peptidsequenzen direkt aufzufinden. Die selektierten Sequenzen zeigten deutlich verbesserte Substrateigenschaften im Vergleich zum Mefp-1-Peptid und wurden schneller aktiviert. Der Einbau der de novo Sequenzen in Peptid-PEO3200-Konjugate führte zu Tyrosinase-aktivierbaren Biokonjugaten mit bemerkenswert starker Haftung auf Al2O3, wobei Bindungsstärke von bis zu 1160 ± 390 pN in Einzelmolekül-Kraftexperimenten beobachtet wurden. Die Beschichtungen zeigen selbst unter Meerwasser-Bedingungen, bei welchen viele industrielle Adhäsive versagen, eine effektive Adsorption. Die generierten Oberflächen weisen exzellente Antifouling- Eigenschaften gegenüber den Proteinmischungen in Rinderserum und humanem Serum sowie Bakterienbewuchs auf. Dabei werden durch die Konjugate lediglich Monolagen von ca. 5 nm ausgebildet, was kostengünstige Anwendungen auf großen Flächen möglich macht. Demnach eröffnet das Phagen-Display eine Möglichkeit zur Generierung nicht-natürlicher Peptid-Adhäsionsdomänen. Diese imitieren nicht nur die Natur, sondern tragen zum besseren Verständnis biologischer Haftprozesse bei und verbesserten Eigenschaften gegenüber Peptiddomänen aus den Bindungsproteinen der marinen Muschel. Die Forschungsmittel des Projekts ermöglichten die Etablierung einer fruchtbaren Zusammenarbeit zwischen den Arbeitsgruppen Börner und Faivre. Im speziellen wurde die kombinatorische Technik des Phage-Displays in der AG Faivre gelernt und demnach erfolgreich in der AG Börner etabliert bzw. weiterentwickelt.
Publications
- “Activity control of mussel glue derived enzyme: A study on thermoresponsive tyrosinase-PNIPAM conjugates”. ACS Symp. Ser. “Progress in controlled radical polymerization, Materials and applications” 2012, 1101, 271-285
Wilke, P., Brooks, W. L. A., Kühnle, R., Sumerlin, B. & Börner, H. G.
- “Mussel-glue derived peptide-polymer conjugates to realize enzyme-activated antifouling coatings”. ACS Macro Lett. 2012, 1, 871-875
Wilke, P. & Börner, H. G.
(See online at https://doi.org/10.1021/mz300258m) - “A direct biocombinatorial strategy toward next generation, mussel-glue inspired saltwater adhesives”. J. Am. Chem. Soc. 2014, 136, 12667-12674
Wilke, P., Helfricht, N., Mark., A., Papastavrou, G., Faivre, D. & Börner, H. G.
(See online at https://doi.org/10.1021/ja505413e) - “Peptide-polymer conjugates as model systems to explore the functional space of precision polymers”. ACS Symp. Ser. “Sequence-controlled polymers: Synthesis, self-assembly, and properties” 2014, 1170, 55-69
ten Brummelhuis, N., Wieczorek, S., Wilke, P., Schwemmer, T. & Börner, H. G.
(See online at https://dx.doi.org/10.1021/bk-2014-1170.ch004) - “Revealing the impact of poly(ethylene oxide) blocks on enzyme activable coatings from peptide-polymer conjugates”. Eur. Pol. J. 2015, 62, 374-379
Wilke, P. & Börner, H. G.
(See online at https://doi.org/10.1016/j.eurpolymj.2014.08.014)
