Forschungsgruppe "Aquatische Fasern"
Gruppenmitglieder:

Adrian Golser, Markus Heim, Eileen Lintz, Martin Neuenfeldt, Michael Suhre
Überblick:
Einige Muschelarten, wie die Miesmuschel (Mytilus spec.), sind in der Lage unterschiedliche Oberflächen zu besiedeln. Ihr Erfolg basiert auf einer einzigartigen Befestigungsweise: dem Muschelbyssus. Diese extrazellulären Haftfäden weisen bemerkenswerte Zugfestigkeit, Elastizität und regenerative Eigenschaften auf.
 

 
Abbildung 1: Miesmuschel (Mytilus galloprovincialis) mit Byssus
  
 

Muschelbyssusfäden bestehen hauptsächlich aus aus Kollagen-ähnlichen Proteinen, die als Block-Copolymere graduell entlang der Fäden, eingebettet in eine Proteinmatrix, angeordnet sind, was dem Byssusfaden den Charakter eines natürlichen Kompositmaterials verleiht. Ziel unserer Forschung ist die Untersuchung dieser Proteine deren biotechnologische Herstellung in geeigneten Mikroorganismen mit dem Ziel, diese Proteine als neuartige Biomaterialien einzusetzen. Ferner werden die natürlichen Byssusfäden hinsichtlich ihrer Zusammensetzung, Struktur und Biosynthese analysiert.
 
 
Abbildung 2: Modell des hierarchischen Aufbaus des Muschelbyssusfadens
  
Adrian Golser (M.Sc.)  
0921-55 7339  
adrian.golser(.at.)bm.uni-bayreuth.de
  

Forschungsprojekt:

Reinigung und Charakterisierung rekombinant hergestellter preCols aus Pichia pastoris.

Bei den Byssuskollagenen handelt es sich um natürliche Block-Copolymere, deren allgemeine Struktur als eine Anordnung funktionaler Domänen um eine, unter physiologischen Bedingungen inerte, Kollagen-Tripelhelix verstanden werden kann. Dieses Konzept erlaubt es verschiedenen Muschelarten, aufgrund der einzigartigen Eigenschaften des Byssusfadens strömungsstarke Gewässer zu besiedeln. Mit einem zunehmenden Verständnis über den Aufbau der preCols und die Funktion der einzelnen Domänen sollte es außerdem möglich sein, die Byssuskollagene als eine Basis für die Entwicklung neuer Materialien zu nutzen.

Im Rahmen meiner Masterarbeit war es mir möglich, ein System zur rekombinanten Produktion der drei Byssuskollagene aus Mytilus galloprovincialis in der Hefe Pichia pastoris unter Koexpression der Muschel-Prolyl-4-Hydroxylase zu etablieren. Sobald ein entsprechendes Reinigungsprotokoll erarbeitet ist, wird es damit erstmals möglich sein, diese drei Proteine in Reinform zu untersuchen und die nötigen Faktoren zur Ausbildung des Fadens, den Einfluss von Mutationen, die Interaktion von Monomeren und viele weitere Aspekte dieser Proteine zu verstehen.
Eileen Lintz (M.Sc.)  
0921-55 7339
eileen.lintz(.at.)bm.uni-bayreuth.de  

Forschungsprojekt:

Schwerpunkt 1:

Rekombinante Herstellung von Byssuskollagenen in Pichia pastoris

Zusätzlich zur Entwicklung rekombinanter Produktionssystee in der Bäckerhefe Saccharomyces cerevisiae arbeiten wir auch an der Synthese von Byssuskollagenen in Pichia pastoris, eine Hefeart, die hohe Performance bei der Proteinproduktion aufweist und mit der bereits menschliche Kollagenen erfolgreich rekombinant hergestellt wurden. Neben unserem Hauptziel, der erfolgreichen Produktion von vollständigen tripelhelikalen Byssuskollagenen, verfolgen wir auch Strategien zur Expression der einzelnen Byssuskollagen-Domänen wie der flankierenden Regionen oder der zentralen Kollagendomäne. Hierdurch erhoffen wir uns Einblicke in die molekularen Grundlagen der Eigenschaften dieser Kollagene.
  Abbildung 3: Schematischer Aufbau der Byssuskollagen-Domänen  

Schwerpunkt 2:

Chemische Analyse der nicht-Protein-Komponenten in Muschelbyssusfäden

Etwa 96 bis 98 % des Trockengewichts von Muschelbyssusfäden bestehen aus Proteinen. Wir interessieren uns jedoch auch für die nicht proteinartigen Komponenten, besonders für Lipide. Mittels chemischer Analysen der Byssusfäden wie z. B. histologische Färbungen, Extraktionen, HPLC-Analytik, Massenspektrometrie und NMR erhoffen wir uns weitere Einblicke in ihre Zusammensetzung, wodurch einige ihrer herausragenden Eigenschaften erklärt werden könnten.
 
Markus Heim (M.Sc.)  
0921-55 7349  
markus.heim(.at.)bm.uni-bayreuth.de
  

Forschungsprojekt:

Schwerpunkt 1: Rekombinante Herstellung der flankierenden Regionen der Muschelbyssus Prekollagene und deren Analyse

Der Hauptbestandteil des Muschelfußes sind Proteine, die sogenannten Prekollagene. Innerhalb der Prekollagen-Moleküle lassen sich charakteristische, sequentiell und funktional verschiedene Regionen unterscheiden. Das Kollagen-ähnliche Sequenzmotif, welches die zentrale Domäne der Prekollagen-Moleküle bildet, wird auf beiden Seiten von charakteristischen flankierenden Regionen begrenzt. Diese Regionen unterscheiden sich zwischen den einzelnen Prekollagen Varianten und ähneln in ihrer Aminosäuresequenz bekannten Strukturproteinen wie Elastin und auch Spinnenseide.

Mein Forschungsschwerpunkt beschäftigt sich mit der rekombinanten Herstellung der verschiedenen flankierenden Regionen in Escherichia coli.Die entsprechende genetische Information basiert dabei auf einer am Lehrstuhl erstellten cDNA-Datenbank des Muschelfußes der Muschel Mytilus galloprovincialis. Nach erfolgter Produktion werden die entsprechenden Proteine gereinigt und einer strukturellen und funktionellen Charakterisierung unterzogen.

Schwerpunkt 2: Herstellung, Charakterisierung und Analyse artifizieller “Flank-Proteine”

Nach erfolgreicher Herstellung der flankierenden Regionen der Prekollagene liegt mein Interesse in der Herstellung artifizieller „Flank-Proteine“. Dazu werden aus den ursprünglich erzeugten (s. Schwerpunkt 1) Flank-Proteinen unter Verwendung molekularbiologischer Methoden homo- und hetero-Oligomere und Multimere erzeugt. Diese können zusätzlich wahlweise mit verschiedenen funktionalen Modulen unserer artifiziellen Spinnenseiden kombiniert werden. Durch strukturelle und funktionale Charakterisierung werden die für Anwendung als Biomaterial vielversprechendsten Oligo- und Multimere ermittelt und Anwendungsmöglichkeiten für diese untersucht.
 
Martin Neuenfeldt (M.Sc.)  
0921-55 7339
martin.neuenfeldt(.at.)bm.uni-bayreuth.de  

Forschungsprojekt:

under construction

 
Michael Suhre (M.Sc.)  
0921-55 7343
michael.suhre(.at.)bm.uni-bayreuth.de  

Forschungsprojekt:

Schwerpunkt 1: Analyse von Muschelbyssusproteinen

Ziel meiner Arbeit ist die Analyse der neben den preCols vorkommenden Proteine des Muschelbyssus (Matrixproteine, Kutikula-Proteine, etc.). Dabei wird die genetische Information dieser Proteine aus einer Genbank isoliert und kloniert. Anschließend werden die Proteine rekombinant in geeigneten Mikroorganismen hergestellt, gereinigt und charakterisiert. Ein weiteres Ziel ist die Identifikation von Proteinen, welche eine Rolle bei der Biosynthese der Byssusfäden spielen. Hauptaugenmerk hierbei sind die vielfältigen posttranslationalen Modifikationen der einzelnen Strukturproteine wie z.B. Hydroxylierung, Glycosylierung oder Phosphorylierung.