{"id":25009,"date":"2015-03-18T03:06:37","date_gmt":"2015-03-18T02:06:37","guid":{"rendered":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/?p=25009"},"modified":"2015-03-17T17:30:43","modified_gmt":"2015-03-17T16:30:43","slug":"biotechnologische-produktion-vereinfacht-protein-veraendert-materialstrukturen","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/biotechnologische-produktion-vereinfacht-protein-veraendert-materialstrukturen\/","title":{"rendered":"Biotechnologische Produktion vereinfacht: Protein ver\u00e4ndert Materialstrukturen"},"content":{"rendered":"
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Perlucin weist charakteristische Proteinstr\u00e4nge auf, hier in einem BallView-Modell als bunte Schlaufen dargestellt. Sie k\u00f6nnten f\u00fcr die beobachteten Ver\u00e4nderungen der Kalizumcarbonat-Kristallstruktur verantwortlich gemacht werden.<\/figcaption><\/figure>\n

Perlmutt ist nicht nur als Schmuck und Dekoration sch\u00f6n anzusehen. Das Material zeichnet sich durch einen filigranen Schichtaufbau mit hoher Festigkeit und H\u00e4rte aus. Auch die biologisch erzeugten Kristalle in diesen Materialien haben besondere Eigenschaften. Deshalb arbeitet auch die Industrie daran, solche Materialien nach biologischem Vorbild herzustellen. Was die Natur in Jahrmillionen mit vielen Einflussfaktoren aus Kalziumcarbonat, Proteinen, Chitin und Kollagen hervorbringt, ist in \u00e4hnlicher Art Wissenschaftlern aus Saarbr\u00fccken und Haifa nun auf sehr einfachem Wege gelungen: Sie konnten zeigen, dass eine einzige Proteinart gen\u00fcgt, um gezielt Einfluss auf den Aufbau von Kristall-Strukturen zu nehmen. Damit er\u00f6ffnen sich vereinfachte Wege f\u00fcr die biotechnologische Herstellung von kristallinen Materialien mit neuartigen Funktionen.<\/strong><\/p>\n

Die Forschungsergebnisse wurden als Cover Publikation im Journal Chemistry of Materials ver\u00f6ffentlicht.<\/p>\n

Im Perlmutt wechseln sich anorganische Kalziumcarbonat-Schichtgitter mit organischen Bestandteilen ab: Chitin, Kollagen und verschiedene Proteine sorgen daf\u00fcr, dass das Kalziumcarbonat zu diesen definierten Schichten w\u00e4chst. Die Rolle der Proteine beim Wachstum war bisher nicht gekl\u00e4rt. Man ging davon aus, dass mehrere Proteine gemeinsam sowohl die Struktur des Kalziumcarbonat-Gitters steuern als auch selbst am Aufbau der Perlmutt-Schichten beteiligt sind. Wie Ingrid Weiss vom INM \u2013 Leibniz-Institut f\u00fcr Neue Materialien in Saarbr\u00fccken und ihr Kollege Boaz Pokroy vom Technion Israel Institute of Technology zeigen konnten, gen\u00fcgt jedoch schon eine einzige Proteinart, um das Kristallgitter von Kalziumcarbonat zu ver\u00e4ndern.
\n\u201eDiese Erkenntnis vereinfacht und erweitert die M\u00f6glichkeiten der wei\u00dfen Biotechnologie\u201c, sagt Weiss, Leiterin des Programmbereichs Biomineralisation am INM. \u201eBisher krankt die wei\u00dfe Biotechnologie an der Vorstellung, die Mineralisation nach biologischem Vorbild sei nicht nachzustellen. Denn man geht davon aus, dass nur die Kombination aus mehreren Proteinen und vielen un\u00fcbersichtlichen Faktoren die Biomineralisation erm\u00f6glichen\u201c, erkl\u00e4rt Weiss. Wenn die Verfahren der Natur zu kompliziert erscheinen, w\u00fcrden sie in der industriellen Entwicklung nicht weiter verfolgt.<\/p>\n

Pokroy und Weiss haben nun den Beweis angetreten, dass es auch einfacher geht:
\nF\u00fcr ihre Versuche verwendeten die Forscher das Protein Perlucin aus der Haliotis-Schnecke (Seeohr), das sie an das Gr\u00fcn-Fluoreszierende-Protein (GFP) koppelten. Mit diesem Trick f\u00fchrten die Wissenschaftler das unl\u00f6sliche Perlucin in eine wasserl\u00f6sliche Form \u00fcber. In unterschiedlichen Konzentrationen gaben sie diese L\u00f6sung zu einer Kalziumcarbonat-L\u00f6sung und untersuchten die entstandenen Kristalle. Zum Vergleich untersuchten sie auch Kristalle aus der reinen Kalziumcarbonatl\u00f6sung und Kristalle aus der Kalziumcarbonatl\u00f6sung mit GFP.<\/p>\n

Nur das in Wasser \u00fcberf\u00fchrte Perlucin baut sich in das anorganische Carbonat-Gitter ein und bewirkt dort regelrechte Gitterverzerrungen, die sich \u00fcber gro\u00dfe Bereiche erstrecken. Nach dem Prinzip \u201eAlles oder Nichts\u201c gen\u00fcgen dabei schon kleine Mengen an Protein, um definierte Gitterverzerrungen hervorzurufen. An einem Punkt angefangen, pflanzt sich die Ver\u00e4nderung im Gitter immer weiter fort. \u201eGFP allein geht mit Kalziumcarbonat lediglich eine Koexistenz ein \u2013 es lagert sich wie ein Mantel um das Kalziumcarbonat-Gitter, ohne es zu ver\u00e4ndern\u201c, erkl\u00e4rt die Expertin f\u00fcr Biomineralisation. Wie in der Schnecke scheint es das Perlucin zu sein, dass das Wachstum und die Struktur des Kristallgitters beeinflusst.<\/p>\n

F\u00fcr die Aufkl\u00e4rung dieses Ph\u00e4nomens nutzten die Forscher das Know-How f\u00fcr Muschelproteine am INM und das Know-How f\u00fcr Kristallanalyse am Institut in Haifa. Erst in dieser Kombination war es m\u00f6glich, die Reaktionen von Perlucin im Kristallgitter zu beobachten. Die Wissenschaftler wollen nun kl\u00e4ren, ob auch andere Proteine den Aufbau und damit die Funktionalit\u00e4t von anorganischen Kristallgittern gezielt beeinflussen.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

Perlmutt ist nicht nur als Schmuck und Dekoration sch\u00f6n anzusehen. Das Material zeichnet sich durch einen filigranen Schichtaufbau mit hoher Festigkeit und H\u00e4rte aus. Auch die biologisch erzeugten Kristalle in diesen Materialien haben besondere Eigenschaften. Deshalb arbeitet auch die Industrie daran, solche Materialien nach biologischem Vorbild herzustellen. Was die Natur in Jahrmillionen mit vielen Einflussfaktoren […]<\/p>\n","protected":false},"author":59,"featured_media":0,"comment_status":"closed","ping_status":"closed","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"_seopress_robots_primary_cat":"","nova_meta_subtitle":"","footnotes":""},"categories":[5572],"tags":[],"supplier":[6482,9463],"class_list":["post-25009","post","type-post","status-publish","format-standard","hentry","category-bio-based","supplier-leibniz-institut-materialien","supplier-technion-israel-institute-technology"],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/25009","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/wp-json\/wp\/v2\/users\/59"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=25009"}],"version-history":[{"count":0,"href":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/25009\/revisions"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=25009"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=25009"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=25009"},{"taxonomy":"supplier","embeddable":true,"href":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/wp-json\/wp\/v2\/supplier?post=25009"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}