Hoffnung für abgebrochene Knochen oder Zähne

Forschern der Technischen Universität Berlin ist es gelungen, eine Art Superkleber herzustellen, der die Möglichkeit des Anklebens abgebrochener Knochen und Zähne verbessern soll. Hierbei handelt es sich um Muschelproteine, die von umprogrammierten Darmbakterien hergestellt werden. Laut Prof. Nediljko Budisa stellen sie die „Chemiefabrik“ dar, die den Superleim produziert. Er entwickelte zusammen mit ein biotechnisches Verfahren, welches die Herstellung des biologischen Unterwasserklebstoffes von Miesmuscheln ermöglicht.

Den Lebensraum der Miesmuscheln stellen die Gezeiten- und Schelfbereiche der Meere dar. Sie müssen dort dem Salzwasser und den dort herrschenden starken Strömungen standhalten. Hierfür nutzen sie einen Superkleber, um sich am Meeresboden festhalten zu können. Dieser Verbund muss auch dann noch halten, wenn die Muschelbänke nicht mehr von Wasser bedeckt sind.

Der Superkleber ermöglicht es der lebenden Muschel, sich beinahe an allen Oberflächen festzuhalten. Fäden, die aus einem Proteinkleber bestehen, scheidet sie an ihrem Fuß aus. 3,4-Dihydroxyphenylalanin, kurz DOPA, eine Aminsäure, stellt den wichtigsten Bestandteil des Proteinklebers dar.

Um den Kleber herzustellen wurde in zunächstein spezielles Enzym in Escherichia coli eingeführt, sodass aus dem Bakterium Methanocaldococcus jannaschii gewonnen werden und von den Forschern verändert werden konnte. Im Anschluss wurde das veränderte Darmbakterium mit der Aminosäure ONB (ortho-Nitrobenzyl)-DOPA gefüttert. In diesem sind die Dihydroxyphenyl-Gruppen geschützt, welche für die starke Klebewirkung verantwortlich sind – ähnlich der Schutzfolie, die die Selbstklebefläche von Aufklebern schützen.
Das so umprogrammierte Bakterium baut die Aminosäure, welche nun mit einer “Art Schutzfolie” versehen ist, in Proteine ein, sodass die Forscher ein Haftprotein erhalten, dessen Klebestellen noch geschützt sind.

Erst, wenn das geeschützte Haftprotein aus den Bakterien herausgelöst und gereinigt wurde, können die Schutzgruppen mittels Licht einer bestimmten Wellenlänge von 365nm entfernt werden, sodass die Klebestellen des  Haftproteins aktiviert werden und das Protein zielgerichtet als Klebstoff verwendet werden kann.

Bisher ist die Isolierung dieser Bio-Leime aus den Muscheln jedoch ineffizient und teuer, da sich den Wissenschaftlern zufolge aus 10.000 Miesmuscheln nur 1-2 Gramm des Superklebers gewonnen werden können. Zudem kann das Klebstoffprotein aus den Muscheln nicht homogen gewonnen werden. Jede der Chargen ist unterschiedlich. Ein weiteres Problem ist, dass das Haft-Protein der Miesmuschel wegen seiner Klebeeigenschaften quasi sofort verwendet werden müsste.

 

Veröffentlicht wurde der Bericht von: Matthias Hauf, Florian Richter, Tobias Schneider, Thomas Faidt, Berta M. Martins, Tobias Baumann, Patrick Durkin, Holger Dobbek, Karin Jacobs, Andreas Möglich, and Nediljko Budisa: “Photoactivatable Mussel-Based Underwater Adhesive Proteins by an Expanded Genetic Code”. ChemBioChem 2017, 18, 1819 – 1823, doi: 10.1002/cbic.201700327

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