Pflanzenviren als Bausteine für dreidimensionale Aktoren

• Antragstellerinnen: Professorin Dr. Gabriele Krczal; Professorin Dr. Christiane Ziegler
• Fachliche Zuordnung: Herstellung und Eigenschaften von Funktionsmaterialien
• Förderung: Förderung von 2013 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 245895196

Biologische Systeme nutzen das Phänomen der Selbstorganisation, um komplexe Strukturen aufzubauen. Auch für technische Anwendungen wäre es interessant, wenn sich komplexe Nano- und Mikrostrukturen durch Selbstorganisation herstellen ließen, insbesondere um Zeit und Kosten zu sparen. Im vorliegenden Projekt soll die Selbstassemblierung genetisch modifizierter Pflanzenviren ausgenutzt werden. Pflanzenviren können in ihren Oberflächeneigenschaften in weiten Grenzen variiert werden und zeigen gute Kristallisationseigenschaften. Zur Modifizierung von Oberflächeneigenschaften kann man beispielsweise Moleküle/Gruppen einbauen, die spezifisch mit bestimmten Metallionen oder Metallen wechselwirken, so z.B. His-Tags mit Ni- oder Co-Ionen oder Cysteine mit Au oder Ag. Für technische Anwendungen besteht jedoch bisher das Problem, dass Viren zwar gut kristallisieren, jedoch auf festen Oberflächen typischerweise kein großflächiges zweidimensionales Kristallwachstum zeigen. Vorversuche mit ikosaedrischen Tomato Bushy Stunt Viren, die rekombinant Aminosäureketten mit positiver oder negativer Ladung auf ihrer Oberfläche exprimieren, zeigten allerdings sehr gute Kristallisation in zwei Dimensionen. Im vorliegenden Projekt soll dieses Wachstum weiter optimiert und darauf aufbauend komplexere Strukturen aufgebaut werden. Dabei wird insbesondere die Bindung von Ni-Ionen durch Histidin in verschiedenster Weise ausgenutzt. Dies umfasst sowohl die Bindung des Virus zum Substrat als auch eine Modifizierung der Viruspartikeloberfläche, beispielsweise durch Metallisierung. Darüber hinaus sollen weitere Funktionalisierungen der Außenhülle des Kapsids erprobt sowie Systeme zur Beladung des inneren Hohlraums der viralen Kapside etabliert werden.Wir verfolgen dabei sowohl das Ziel, die grundlegenden Prinzipien der Selbstassemblierung kugelförmiger Viren zu verstehen, als auch die Möglichkeiten von Anwendungen auszuloten. Dabei sollen zunächst Anwendungen im Vordergrund stehen, in denen geordnete Arrays von Metallen von Interesse sind, beispielsweise in der Plasmonik oder Spintronik.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen