22.09.2014 - POSTECH - Pohang University of Science and Technology

Alleskleber für Feuchtes: Einbau von DOPA in künstliche Muschelkleber-Proteine

Muscheln können es, wir konnten es bisher noch nicht: Kleben unter Wasser. Ein Team aus koreanischen, indischen und kanadischen Forschern stellt in der Zeitschrift Angewandte Chemie nun eine neue Methode vor, mit deren Hilfe sich die klebenden Muschelproteine gut nachbauen lassen. Schlüssel zum Erfolg war die „Täuschung“ eines bakteriellen Enzyms, das den Einbau der für die Klebewirkung ausschlaggebenden Aminosäure DOPA nun möglich macht.

Das Kleben feuchter Oberflächen oder gar unter Wasser ist noch immer eine große Herausforderung. Muscheln dagegen beherrschen diese Übung aus dem Effeff: Ob Metall-Schiffsrumpf, ob Holzpfosten, ob Stein, ob Kunststoff-Boje – Muscheln kleben so gut wie überall bombenfest. Wie nützlich wäre es, wenn uns das auch gelänge. So ließen sich z. B. Leckagen in Unterwasser-Pipelines einfach abdichten oder Wunden nach einer Operation verschließen.

Aus Muscheln lässt sich der Alleskleber für Feuchtes leider nicht in ausreichender Menge isolieren. Eine biotechnologische Herstellung der klebenden Muschelproteine in Bakterienkulturen gelang bisher ebensowenig. Hauptproblem war, dass sich eine für die Klebewirkung ganz wichtige, in hoher Menge im Muschelkleber enthaltene Aminosäure nicht einbauen ließ: Dihydroxyphenylalanin (DOPA), eine modifizierte Form der Aminosäure Tyrosin. Muscheln wandeln Tyrosingruppen in ihren Klebeproteinen einfach in DOPA um – Bakterien sind dazu nicht in der Lage.

DOPA kommt jedoch eine Schlüsselrolle zu, denn sie vernetzt den Kleber, kann fest an anorganische Oxide im Gestein binden und bildet Wasserstoffbrückenbindungen zu diversen Materialien. Unter Bindung mehrwertiger Metallionen des Meerwassers, z.B. Eisenionen, verleiht sie dem Muschelkleber selbstheilende Eigenschaften.

Forscher der koreanischen Forschungseinrichtungen Pohang University of Science and Technology (POSTECH) und der Chungnam National University in Korea, des Central Leather Research Institute in Indien sowie der University of Alberta (Kanada) haben es nun geschafft, Bakterienkulturen doch dazu zu bringen, DOPA einzubauen, indem sie ein Enzym „überlisteten“.

Das Team um Hyung Joon Cha versuchte eine andere Methode, um DOPA einzubauen: Anstatt Tyrosin nach der Proteinsynthese in DOPA umzuwandeln, probierten sie, DOPA stattdessen während der Proteinsynthese direkt einbauen zu lassen. Bei der Proteinsynthese beladen aminosäurespezifische Enzyme ebenso aminosäurespezifische Transfermoleküle (tRNAs) mit der entsprechenden Aminosäure. Die tRNA erkennt den genetischen Code für seine Aminosäure und liefert diese an, sodass sie in die wachsende Protein-Kette eingebaut werden kann. Der bakterielle Beladungsspezialist für Tyrosin nimmt die Dinge aber nicht ganz so genau: Ist kein Tyrosin vorhanden, akzeptiert er auch DOPA. Die Wissenschaftler entfernten also Tyrosin aus dem Kulturmedium und fügten DOPA zu.

So erhielten sie ein Protein mit hoher DOPA-Konzentration, das eine Haftung an verschiedenen Oberflächen im Trockenen und unter Wasser zeigte, die der natürlicher Muschelkleber nahekommt.

Fakten, Hintergründe, Dossiers
  • Dihydroxyphenylalanin
  • Proteinsynthese
Mehr über POSTECH
Mehr über Angewandte Chemie
  • News

    Ein Schritt in Richtung Kreislaufwirtschaft?

    Polyethylenterephthalat (PET) ist einer der verbreitetesten Kunststoffe. Ausgedientes PET landet bisher meist auf Mülldeponien oder in der Umwelt, die Recyclingrate ist immer noch sehr niedrig. In der Zeitschrift Angewandte Chemie berichtet ein Forschungsteam jetzt von einer Zirkonium-basie ... mehr

    Hohe Ausgangspannung

    Der Protonen-Akku ist ein innovativer und umweltfreundlicher Batterietyp, in dem Protonen als Ladungsträger fungieren, also positiv geladene Wasserstoffionen. Für diesen hat nun ein Forschungsteam organische Sulfonamide als robustes und flexibles Material für die Kathode entwickelt. Wie die ... mehr

    Entstehung von Smog

    Industriedunst oder Smog bildet sich, wenn ein Cocktail von Industrieabgasen zu aggressiven, Feinstäuben oxidiert wird, die das Sonnenlicht verdunkeln. Treibende Kraft sind Hydroxylradikale – und für deren Bildung hat nun ein Forschungsteam eine neue Quelle gefunden. Der neu entdeckte Entst ... mehr

Mehr über University of Alberta