Unis Jena und Boulder vertiefen Biophotonikprojekt
Ziel sind zentrale Fragen der Materialwissenschaft und der Biophysik, wie Eiweiß-Adsorptionsprozesse an Oberflächen.
Ob Spinnenseide, Hühnerei oder als Bestandteil von Blut: Eiweiße sind die Hauptbausteine alles Lebendigen. Die Natur versteht es, mit diesen universellen Materialien komplexe Strukturen und Funktionen aufzubauen. Aber auch dort, wo synthetische Materialien mit biologischen Systemen in Kontakt kommen, spielen Eiweiße eine Schlüsselrolle. Angelagerte ( Eiweiße bestimmen beispielsweise an Implantatoberflächen ganz wesentlich die Reaktion des Körpers und damit den Erfolg des Implantats. In der Lebensmittelindustrie, bei Biogasanlagen für die Erzeugung regenerativer Energien oder bei der Trinkwasserverteilung sind Eiweiße auf Materialoberflächen ebenfalls von großer Bedeutung – allerdings als Problem. In diesen Anwendungen können sich beispielsweise Bakterien mittels Eiweißen an Materialoberflächen wie Wasserleitungen aus Kunststoff anheften, was etwa zur Verbreitung von Coli-Bakterien in Trinkwasserverteilungssystemen führen kann.
„Das Verständnis und die Steuerung von Eiweiß-Adsorptionsprozessen an Materialoberflächen ist eine der zentralen Fragen der modernen Materialwissenschaft und der Biophysik”, ist Klaus Jandt von der Friedrich-Schiller-Universität in Jena überzeugt. Um diese Adsorptionsprozesse besser zu verstehen und zu steuern, gehen er und sein Team neue Wege: Sie nutzen nanostrukturierte Materialoberflächen zur kontrollierten Anlagerung der Eiweiße. Durch die winzigen Strukturen lässt sich die Anordnung der Eiweiße auf den Materialoberflächen gezielt steuern. Auf diese Weise wollen die Jenaer Wissenschaftler die Anlagerung der Eiweiße durch die Nanostrukturen so beeinflussen, dass weniger Bakterien an ihnen haften bleiben oder sich Körperzellen verstärkt – wie an Implantatoberflächen – ansiedeln.
Jetzt gehen die Jenaer Materialwissenschaftler noch einen Schritt weiter: „Um die Bewegung der Eiweiße auf den nanostrukturieren Materialoberflächen sichtbar zu machen, sind raffinierte biophotonische Methoden nötig,“ erläutert Jandt. Diese gibt es an der University of Colorado in Boulder, denn dort hat die Gruppe von Daniel Schwartz das Mapping using Accumulated Probe Trajectories MAPT entwickelt, eine biophotonische Methode, die die Anlagerungsprozesse der Eiweiße mit Licht-Fluoreszenz in ihrem zeitlichen Ablauf sichtbar macht. „Ein wesentliches Ergebnis unserer neuen Kooperation mit Boulder ist, dass die Eiweiße sich auf der nanostrukturierten Materialoberfläche bewegen und dabei bestimmte Richtungen bevorzugen. Diese Erkenntnis wurde durch die MAPT-Methode ermöglicht“, erklärt Jandt.
U Jena / AH
