{"id":41030,"date":"2017-03-07T07:26:55","date_gmt":"2017-03-07T06:26:55","guid":{"rendered":"https:\/\/rss.nova-institut.net\/public.php?url=http%3A%2F%2Fwww.chemie.de%2Fnews%2F162126%2Fgruene-chemie-aus-dem-muschelfuss.html%3FWT.mc_id%3Dca0065"},"modified":"2017-03-03T13:37:09","modified_gmt":"2017-03-03T12:37:09","slug":"grne-chemie-aus-dem-muschelfuss","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/grne-chemie-aus-dem-muschelfuss\/","title":{"rendered":"Gr\u00fcne Chemie aus dem Muschelfu\u00df"},"content":{"rendered":"

Von der Miesmuschel kann sich die Chemieindustrie einiges abschauen. Nicht nur, dass ihr Perlmutt und die rei\u00dffesten F\u00e4den, mit denen sie sich am Meeresboden festh\u00e4lt, au\u00dfergew\u00f6hnliche Qualit\u00e4ten besitzen. Wie sie diese Materialien erzeugt, k\u00f6nnte auch zur Blaupause f\u00fcr eine umweltfreundliche Produktion von komplex gebauten Polymerstrukturen werden. Wissenschaftler des Max-Planck-Instituts f\u00fcr Kolloid- und Grenzfl\u00e4chenforschung haben nun erstmals Einsichten gewonnen, wie die Byssusf\u00e4den im Fu\u00df des Schalentiers entstehen. Zahlreiche Schritte dieser Bioproduktion laufen demnach selbstorganisiert ab, also ohne dass die Muschel eingreift. Diese Erkenntnis k\u00f6nnte einen Weg weisen, wie sich Polymere auch technisch auf einfache Weise zu gr\u00f6\u00dferen Strukturen anordnen lassen.<\/strong><\/p>\n

\"standard-1487972611\"
Ein Vorbild f\u00fcr Chemiker: Die feinen Byssusf\u00e4den, die Muscheln in ihrem zungenf\u00f6rmigen Fu\u00df produzieren, haften unter Wasser besser als jeder Klebstoff aus der Tube. Sie sind rei\u00dffest, dehnbar, hart und selbstheilend. Au\u00dferdem bilden sie sich teilweise selbstorganisiert. Das k\u00f6nnte sich in der Technik nachahmen lassen, um Kunststoffe umweltfreundlich zu produzieren. \u00a9 Tobias Priemel\/MPI f\u00fcr Kolloid- und Grenzfl\u00e4chenforschung – Zoom –<\/a><\/figcaption><\/figure>\n

In der Fischtheke bekommt man sie nicht zu sehen, aber wenn Muscheln frisch vom Meeresgrund kommen, h\u00e4ngen ihre Byssusf\u00e4den manchmal noch an ihnen \u2013 als gelbliches haariges Gespinst. So unscheinbar sie aussehen, so sehr beeindrucken die Eigenschaften des Byssus zumindest Materialwissenschaftler. Und das gilt f\u00fcr alle drei Teile, die sich in einem Byssusfaden unterscheiden lassen: Die kleine Platte am Ende des Fadens, mit der sich eine Muschel an einen Stein auf dem Meeresboden heftet, klebt unter Wasser besser als jedes andere Material. Das Biopolymer, das den Kern der Faser bildet, ist sehr rei\u00dffest und heilt zudem von selbst, wenn es dennoch mal besch\u00e4digt wird. Und die H\u00fclle der F\u00e4den ist hart wie das Epoxidharz, aus dem etwa Leiterplatinen hergestellt werden, und dennoch dehnbar. Diese Qualit\u00e4ten sind schon Grund genug, dass Chemiker versuchen die Materialien, die das Schalentier erzeugt, zu imitieren.<\/p>\n

Wie sich jetzt herausstellt, k\u00f6nnte aber auch die Bioproduktion der F\u00e4den Chemiker inspirieren: \u201eViele Ausgangsstoffe der Biopolymere formieren sich ganz von selbst zu der komplexen Struktur, einfach weil die Muschel sie an bestimmten Stellen und zeitlich aufeinander abgestimmt freisetzt\u201c, sagt Matt Harrington, dessen Forschungsgruppe am Max-Planck-Institut f\u00fcr Kolloid- und Grenzfl\u00e4chenforschung nun erste Erkenntnisse \u00fcber die Polymerfabrik des Meerestieres gewonnen hat.<\/p>\n

Entscheidend ist, dass es f\u00fcr jeden Teil des Fadens eigene Dr\u00fcsen gibt<\/h3>\n

Wie Forscher bereits seit l\u00e4ngerem wissen, spinnt die Muschel die Byssusf\u00e4den in einer feinen Rinne in ihrem Fu\u00df, und zwar indem Dr\u00fcsen die Ausgangsstoffe in diese Vertiefung flie\u00dfen lassen. Wie Matt Harrington und seine Mitarbeiter aber erst jetzt herausgefunden haben, sind die Dr\u00fcsen jeweils einem Teil des Byssusfadens zugeordnet: Es gibt also solche f\u00fcr die Platte am Ende eines Fadens, seinen Kern und seine Haut. In der befinden sich die jeweils passenden Mischungen der Ausgangsstoffe, und zwar in Vesikeln, kleinen Bl\u00e4schen. Die Differenzierung der Dr\u00fcsen nach den drei Teilen eines Byssusfadens, ihre Position und der Zeitpunkt, zu dem sie ihre Vesikel freisetzen, sind entscheidend, damit die drei Teile der Faser dort entstehen, wo sie hingeh\u00f6ren. So flie\u00dfen genau aufeinander abgestimmt an verschiedenen Stellen die Vesikel mit den Komponenten f\u00fcr die Polymere des Kerns, der Haut und des Bodenpl\u00e4ttchens in die Rinne und ordnen sich dort zu einem Material mit komplexer Struktur.<\/p>\n

\"standard-1488379815\"
Gr\u00fcne Chemieproduktion am Meeresgrund: Byssusf\u00e4den entstehen in einer feinen Rinne im Muschelfu\u00df, die Platte am Ende des Fadens, die am Meeresboden haftet entsteht in einer Vertiefung am Ende der Rinne. F\u00fcr den Faserkern (blau), die Faserh\u00fclle (rot) und die Platte (g\u00fcn) gibt es dabei jeweils eigene Dr\u00fcsen, die die entsprechenden Komponenten in Vesikeln freisetzen. Einige Schritte der Biopolymerisierung erfolgen selbstorganisiert, bei anderen greift die Muschel regulierend ein. So ordnen sich die Polymere des Kerns in kurzen Abschnitten von selbst parallel an, um sie \u00fcber die ganze L\u00e4nge des Fadens gleich auszurichten, muss die Muschel aktiv werden. Zudem vernetzen sich die Proteine in der Haut nicht von selbst, hier f\u00fcgt das Meerestier nachtr\u00e4glich die Metallionen ein, die Verkn\u00fcpfungen zwischen den Proteinstr\u00e4ngen schaffen und so nicht zuletzt die Selbstheilungskr\u00e4fte der F\u00e4den schaffen. Dagegen bildet sich die komplexe Struktur, in der die Platte des Fadens mit dessen Kern verbunden wird, die \u00e4hnlich aussieht wie Pflanzen im Boden wurzeln, selbstorganisiert. \u00a9 Mason Dean\/MPI f\u00fcr Kolloid- und Grenzfl\u00e4chenforschung – Zoom –<\/a><\/figcaption><\/figure>\n

Das hat das Potsdamer Team beobachtet, indem sie die Dr\u00fcsen im Muschelfu\u00df k\u00fcnstlich zur Abgabe der Vesikel anregten, den Fu\u00df aber ansonsten l\u00e4hmten, um ihn untersuchen zu k\u00f6nnen. Dann froren sie mehrere F\u00fc\u00dfe in verschiedenen Phasen der Bioproduktion der F\u00e4den ein und analysierten sie scheibchenweise mit einer spektroskopischen Methode, die ihnen etwas \u00fcber die chemische Zusammensetzung der Stoffe verriet. Die Ergebnisse dieser Analysen verglichen sie mit den Resultaten von Experimenten, in denen sie verschiedene chemische Bestandteile der Fasern unterschiedlich einf\u00e4rbten.<\/p>\n

\u201eDa in dem gel\u00e4hmten Fu\u00df nur die Dr\u00fcsen funktionierten, konnten wir genau unterscheiden, welche Schritte der Biopolymerisation selbstorganisiert stattfinden, und wo die Muschel noch regulierend eingreift\u201c, erkl\u00e4rt Tobias Priemel, der an den Untersuchungen ma\u00dfgeblich beteiligt war. Beim Kern des Byssusfadens war die unterschiedliche Wirkung von selbstorganisierten und biologisch regulierten Schritten besonders augenf\u00e4llig. Die k\u00fcnstlich gesponnene Faser kam n\u00e4mlich ziemlich unf\u00f6rmig aus der Rinne des Fu\u00dfes. Wie die Forscher bei einem Blick auf ihre innere Struktur feststellten, hatten sich die Polymere des Kerns in ihren Experimenten auch nur \u00fcber kurze Strecken akkurat parallel nebeneinander angeordnet und nicht \u00fcber die gesamte L\u00e4nge der Faser, so wie sie es in den nat\u00fcrlich erzeugten F\u00e4den tun. \u201eM\u00f6glicherweise formt der Muschelfu\u00df den Faden, damit sich die Polymere \u00fcber dessen ganze L\u00e4nge parallel ausrichten\u201c, so Tobias Priemel.<\/p>\n

Auch in der Technik k\u00f6nnten Polymere selbstorganisiert entstehen<\/h3>\n

Auch die anderen Teile des Byssusfadens wiesen noch das ein oder andere Defizit auf, wenn die Herstellung des Fadens k\u00fcnstlich eingeleitet wurde, und die Muschel dabei nicht eingreifen konnte. Wie sie das tut, damit der Faden ohne diese Fehler entsteht, und warum sie bei anderen Schritten ihrer Byssusproduktion nicht aktiv werden muss, wollen Matt Harrington und seine Mitarbeiter nun aufkl\u00e4ren. \u201eWenn wir wissen, welche Faktoren wichtig sind, damit sich die Biopolymere selbstorganisiert ordnen, k\u00f6nnen wir komplexe Polymere in der Technik vielleicht auf \u00e4hnliche Weise erzeugen\u201c, sagt der Forscher. So k\u00f6nnte etwa der pH-Wert in den Vesikeln und in der Umgebung bei der Selbstorganisation im Muschelfu\u00df eine Rolle spielen.<\/p>\n

\u201eGenauso interessant ist es aber, mehr \u00fcber die biologische Regulation zu erfahren\u201c, sagt Harrington. Denn das k\u00f6nnen ganz einfache Mechanismen sein, etwa dass der Fu\u00df die Biopolymere in die gew\u00fcnschte Form dr\u00fcckt oder dass die Muschel nachtr\u00e4glich Metallionen abgibt, damit sich die Proteine vernetzen. Auch solche Kniffe lie\u00dfen sich bei der technischen Synthese von Polymeren leicht nachahmen. \u201eMein Traum ist es, mithilfe der Erkenntnisse, die wir an den Byssusf\u00e4den gewinnen, einmal in einem umweltfreundlichen Verfahren selbstheilende Materialien herzustellen, die auch \u00e4hnliche mechanische Eigenschaften haben wie die Byssusf\u00e4den\u201c, so Harrington.<\/p>\n

 <\/p>\n

Originalpublikation<\/h3>\n

Tobias Priemel, Elena Degtyar, Mason N. Dean und Matthew J. Harrington
\nRapid self-assembly of complex biomolecular architectures during mussel byssus biofabrication
\nNature Communications, 28 February 2017; DOI: 10.1038\/ncomms14539<\/p>\n

 <\/p>\n

Kontakt<\/h3>\n

Dr. Matthew Harrington
\nMax-Planck-Institut f\u00fcr Kolloid- und Grenzfl\u00e4chenforschung
\nTel.:+49 331 567-9452
\nFax:+49 331 567-9402
\nE-Mail: matt.harrington@mpikg.mpg.de<\/a><\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

Von der Miesmuschel kann sich die Chemieindustrie einiges abschauen. Nicht nur, dass ihr Perlmutt und die rei\u00dffesten F\u00e4den, mit denen sie sich am Meeresboden festh\u00e4lt, au\u00dfergew\u00f6hnliche Qualit\u00e4ten besitzen. Wie sie diese Materialien erzeugt, k\u00f6nnte auch zur Blaupause f\u00fcr eine umweltfreundliche Produktion von komplex gebauten Polymerstrukturen werden. Wissenschaftler des Max-Planck-Instituts f\u00fcr Kolloid- und Grenzfl\u00e4chenforschung haben nun […]<\/p>\n","protected":false},"author":3,"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":[12257],"supplier":[1937],"class_list":["post-41030","post","type-post","status-publish","format-standard","hentry","category-bio-based","tag-biopolymere","supplier-max-planck-institut-fuer-kolloid-und-grenzflaechenforschung"],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/41030","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\/3"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=41030"}],"version-history":[{"count":0,"href":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/41030\/revisions"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=41030"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=41030"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=41030"},{"taxonomy":"supplier","embeddable":true,"href":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/wp-json\/wp\/v2\/supplier?post=41030"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}