Forschungsgruppe "Proteinmodifikation"

Gruppenmitglieder:

Tamara Aigner, Christian Borkner, Dr. Martin Humenik, Sarah Lentz, Anika Winkler


Überblick:

Der Forschungsschwerpunkt dieser Arbeitsgruppe ist die anwendungsspezifische Modifikation und Charakterisierungvon Proteinen, die als Hauptbestandteile z.B. in Spinnenseide, in Florfliegen-Eierstielen und im Faden des Muschelbyssus vorkommen. Ausgangspunkt ist dabei stets das Verständnis der molekularen Wechselwirkungen und Assemblierungsmechanismen der zugrunde liegenden Peptide bzw. Proteine.

Ein grundlegendes Klonierungsprinzip für die kodierenden Gene von Strukturproteinen wurde am Beispiel von Spinnenseide erarbeitet. Die repetitiven Domänen der verschiedenen MaSp‐Proteine des Abseilfadens der Radnetzspinne besteht aus 40‐60 Aminosäuren langen Sequenz-Wiederholungseinheiten. Anhand von Sequenzanalysen wurden im Labor Konsensussequenzen definiert, die für die außergewöhnlichen mechanischen Eigenschaften des Abseilfadens verantwortlich sind. Um den repetitiven Aufbau der Spinnenseidenproteine möglichst naturgetreu nachzubilden, wurde ein modulares Klonierungssystem entwickelt, das erlaubt die sich wiederholenden Gen-Einheiten beliebig zu multimerisieren und darauf basierend Seidenproteine verschiedener Größe rekombinant herzustellen.

 

Abb. 1 Modulares Klonieren: Mimetische Konstrukte der beiden Spinnenseidenproteine des Abseilfadens der Eur. Gartenkreuzspinne.

 

Die rekombinant hergestellten Proteine werden durch molekularbiologische und chemische Routen anwendungsbezogen modifiziert.

 

Abb. 2 Weiße Biotechnologie: Die Zielproteine werden rekombinant im Fermenter produziert und anschließend gereinigt.

 

Tamara Aigner
Tamara Aigner (M. Sc.)  
0921-55 7335
tamara.aigner(.at.)bm.uni-bayreuth.de  
Forschungsprojekt:

Röhrenförmige Strukturen aus Verbundmaterialien mit Spinnenseide als Nervenleitstruktur

Die Verwendung von Nerven-Autotransplantaten ist auch heutzutage noch immer der Goldstandard zur Behandlung von peripheren Nervenverletzungen. Problematisch hierbei ist der Verlust an der Entnahmestelle, wobei eine vollständige Wiederherstellung der Funktion an der Empfängerstelle nicht garantiert werden kann. Nervenleitstrukturen stellen eine Alternative zu Nerven-Autotransplantaten dar. Spinnenseidenproteine besitzen durch ihre herausragende mechanische Stabilität bei gleichzeitiger enormer Elastizität die perfekten Voraussetzungen hierfür. Des Weiteren kann Spinnenseide modifiziert werden, um die Attraktivität für Nervenzellen zu optimieren. Diese Proteine können dann für selbstrollende Röhrchen bestehend aus einem zweilagigen Film verwendet werden, wobei die zweite Schicht von einem stimuli-responsiven Polymer gebildet wird. Das Prinzip hinter dem Roll-Mechanismus ist das inhomogene Verhalten der beiden Schichten als Antwort auf einen Stimulus wie zum Beispiel eine Änderung des pH-Wertes, der Temperatur oder des Lösungsmittels. Üblicherweise bezeichnet man diese beiden Schichten als „aktive“ und „passive“ Schicht, wobei die aktive Schicht durch den Stimulus anschwillt, während die passive Spinnenseidenschicht nicht reagiert und so das Rollen induziert wird.


Elena Doblhofer
Christian Borkner (Dipl. Chem.)  
0921-55 7343
christian.borkner(.at.)bm.uni-bayreuth.de  
Forschungsprojekt:

Schwerpunkt 1: Oberflächenbeschichtungen mit Spinnenseidenproteinen

Die Stabilität von Oberflächenbeschichtungen aus Spinnenseidenproteinen hängt vor allem von der Art und Stärke der Wechselwirkung mit der Oberfläche ab. Das Ziel ist die Herstellung und Charakterisierung mechanisch und chemisch stabiler Beschichtungen durch chemische Modifizierung der Proteine einerseits, sowie durch chemische Kopplung der Proteine an Oberflächen. Die Eigenschaften der Mono- und Multilayer werden im Vergleich zum "bulk"-Protein untersucht.

Schwerpunkt 2: Synthese und Charakterisierung von Protein-Polymer Hybridmaterialien

Die Synthese und Charakterisierung von Hybridmaterialien aus Proteinen und synthetischen Polymeren ist von großem Interesse für zahlreiche Anwendungen. Hier ist das Ziel die Herstellung neuer Materialien mit einstellbaren Eigenschaften, die Polymer- sowie Proteineigenschaften vereinen.


Martin Humenik (Dr. rer. nat.)  
0921-55 7347  
martin.humenik(.at.)bm.uni-bayreuth.de
 
Forschungsbereiche:

Selbstassemblierung von Proteinen und DNA, Nanostrukturen, genetische und chemische Modifikation von Proteinen, chemische Modifikation von DNA, Konjugationschemie der Proteine und DNA, Protein- und DNA-Reinigung und -Analytik, Immobilisierung von Proteinen und DNA an Oberflächen, Rasterkraftmikroskopie (AFM).

Forschungsprojekt:

DNA-Protein Hybrid-Nanostrukturen (link)

 

Sarah Lentz  
0921-55 7349
sarah.lentz(.at.)bm.uni-bayreuth.de  
Forschungsprojekt:

Under Construction

 

Anika Winkler (M.Sc.)  
0921-55 7349
anika.winkler(.at.)bm.uni-bayreuth.de  
Forschungsprojekt:

Entwicklung und Produktion bioinspirierter “Kleber”

Die Aufgabe von synthetischen Klebstoffen besteht darin, zwei Gegenstände miteinander zu verbinden. In der Natur vorkommende adhäsive Systeme hingegen sind multifunktionaler ausgestattet. Sie werden für verschiede Vorgänge wie z.B. zum Schutz, zur Selbstverteidigung und Fortpflanzung, sowie zum Jagen und Fangen von Beute verwendet. Bei natürlichen „Klebern“ handelt es sich oftmals um Proteine, die typische Aminosäuren oder Motive in Verbindung mit posttranslationalen Modifikationen enthalten. Ein gut untersuchtes Beispiel im Bereich der Unter-Wasser-Adhäsive sind die Muschelfußproteine (mfp) der Miesmuschel (Mytilus edulis), die sich auf unterschiedlichen Oberflächen im Meer verankern können. Es ist bekannt, dass hohe Lysin- und DOPA- (3, 4-Dihydroxyphenylalanin, eine posttranslational hydroxylierte Variante von Tyrosin) Konzentrationen die entscheidenden Faktoren für die erfolgreiche Befestigung am Untergrund sind. Darüber hinaus nutzen andere Lebewesen Serin- und Threonin-reiche Motive, welche zum Teil durch Phosphorylierungen oder Glycosylierungen modifiziert sind.
Einige unterschiedliche protein-basierte Klebesysteme sollen genauer charakterisiert werden. Das Verständnis der Adhäsionsmechanismen erlaubt dann deren Nachahmung und die Entwicklung anwendungsspezifischer rekombinant hergestellter Klebeproteine.