Aufklärung des natürlichen Fabrikationsprozesses eines leistungsstarken biologischen Polymerfadens

• Antragsteller: Luca Bertinetti, Ph.D., seit 6/2017
• Fachliche Zuordnung: Biologische und Biomimetische Chemie ; Polymermaterialien
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 343152969

Der Byssus der Muschel ist ein extern gebildetes, auf Proteine basierendes biologisches Material, dass sich zu einem wichtigen Vorbild für ein nachhaltiges, biologisch inspiriertes Design leistungsstarker Polymere entwickelt hat, basierend auf dessen industriell- und biomedizinisch-relevanten Eigenschaften (z.B. hohe Härte, Unterwasser-Klebrigkeit und selbst-heilende Kapazitäten). Ähnlich zu den kürzlichen Fortschritten im Spinnen von künstlicher Seide, hängen weitere Durchbrüche im Feld der von Muscheln inspirierten Polymere von der Fähigkeit ab den Fabrikationsprozess des Byssus aufzuklären. Vorherige Studien haben gezeigt, dass der Byssus aus wenigstens 10 unterschiedlichen Proteinen besteht, welche in einem Organ synthetisiert und gespeichert werden den man als Muschelfuß kennt; dabei ist fast nichts bekannt darüber, wie diese Proteine sich schnell zu komplexen Mikro- und Nanoarchitekturen zusammenfügen, die typisch für den Byssus sind. Dies liegt an den erheblichen experimentellen Schwierigkeiten den schnellen, lokalen und dynamischen Zusammenbau der Proteine zu beobachten und zu verfolgen.Um dieses Problem zu beseitigen und entscheidende neue Informationen über den Byssus-Fabrikationsprozess zu gewinnen, schlage Ich ein innovatives Forschungsprogramm vor, welches eine synergistische Kombination von traditionellen histologischen Methoden und auf dem neusten Stand basierenden spektroskopischen Bildgebungen einsetzt. Das primäre Ziel ist die Lokalisierung und Identifizierung der Proteine im Muschelfuß und die zeit- und raumaufgelöste Verfolgung struktureller und biochemischer Veränderungen über mehrere Längenmaße, wie der Übergang von flüssigen Proteinvorläufern zu einem leistungsstarkem biologischen Polymerfaden. Um das zu erreichen werden mehrere Schlüsselfragen betreffend physiochemischen und biologischen Mechanismen beantwortet, die den schnellen Erwerb von komplexen hierarchischen Architekturen aus einer flüssigen Sekretion von Byssusproteinen kontrollieren und wie diese strukturelle Ordnung anschließend verfestigt und verstärkt wird. Die bei dieser Untersuchung aufgeklärten fundamentalen Prozessschritte werden unmittelbare und weitreichende Auswirkungen für das schnell wachsende Feld der von Muscheln inspirierten Polymere haben, sowie für die nachhaltige Herstellung von Polymeren im Allgemeinen. Diese Projektidee stammt von einer Startfinanzierung, welche an junge Wissenschaftler durch die DFG SPP-1568 vergeben wird. Das hat ein Projekt für eine Masterarbeit in meiner Gruppe finanziert. Die vorläufigen Ergebnisse sind bereits sehr vielversprechend.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortlich: Professor Dr. Peter Fratzl
• Ehemaliger Antragsteller: Professor Dr. Matthew Harrington, bis 5/2017