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Wenn Eiweiße einander die Hand geben

Jenaer Materialwissenschaftler erzeugen innovatives Nanomaterial aus Naturstoffen

Ob in Spinnenseide, Holz, dem Raum zwischen Körperzellen, in Sehnen oder als natürliche Abdeckung kleiner Wunden: Fasern aus Eiweißen finden sich in der Natur sehr häufig. Die kleinen Eiweißfasern, von Experten auch Proteinnanofasern genannt, weisen häufig hervorragende Eigenschaften, wie hohe Festigkeit, Bioabbaubarkeit oder antibakterielle Wirkung auf. Der Nachbau solcher Proteinfasern ist nicht einfach, geschweige denn, diesen Fasern spezifische Funktionen zuzuordnen. Dass und wie es gelungen ist, Fasern mit neuen Eigenschaften zu erzeugen, beschreiben Materialwissenschaftler der Friedrich-Schiller-Universität Jena in der aktuellen Ausgabe der renommierten Fachzeitschrift „ACS NANO“ (DOI: 10.1021/acsnano.7b07196). Unterstützt wurden sie dabei von einem Team vom Leibniz-Institut für Photonische Technologien Jena (Leibniz-IPHT).
„Proteinfasern bestehen aus mehreren natürlichen Eiweiß-Makromolekülen“, erklärt Prof. Dr. Klaus D. Jandt vom Otto-Schott-Institut für Materialforschung der Uni Jena und fährt fort: „Die Natur baut diese Nanomaterialien, die einen Durchmesser von etwa einem Tausendstel eines menschlichen Haares aufweisen, durch Selbstorganisationsprozesse.“ Was für die Natur mit ihrer Jahrmillionen langen Erfahrung kein Problem ist, lässt sich aber meist nicht so einfach vom Menschen nachbauen. Dennoch gelang es Prof. Jandt und seiner Gruppe in den vergangenen Jahren, Proteinnanofasern aus den natürlichen Proteinen Fibrinogen und Fibronektin zu erzeugen und die Größe und die Struktur dieser Fasern – linear oder verzweigt – zu steuern.

Proteinnanofasern mit definierten Eigenschaften
Als nächstes hatten die Forscher um Prof. Jandt sich das Ziel gesetzt, bestimmte Eigenschaften der Proteinnanofasern vorzugeben, um diese später als Bausteine in Biosensoren, Wirkstofftransportpartikeln, optischen Sonden oder Knochenzementen einzusetzen. Dabei hatten die Jenaer Materialforscher die Idee, zwei verschiedene Eiweiße in einer sich selbst zusammenbauenden Proteinnanofaser zu kombinieren, um so neue Fasereigenschaften zu erzeugen. Jandt und sein Team hatten Erfolg: Sie nutzten dazu das Protein Albumin, das für den osmotischen Druck im Blut verantwortlich ist, und Hämoglobin, das Eiweiß des roten Blutfarbstoffs, das zum Sauerstofftransport im Blut dient. Beide Proteine wurden von den Forschern in Ethanol gelöst und anschließend auf 65 °C erwärmt. Dabei bildeten sich – über mehrere Zwischenstufen – scheinbar selbstständig erstmals neue Hybrid-Proteinnanofasern, die beide Eiweiße enthielten. Dabei geben die beiden Proteine sich quasi die Hand, das heißt, es verbinden sich ähnliche Abschnitte der beiden Proteine zu einer Faser.

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