Analyse von Bioklebstoffen

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Sofia Beckenbauer
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1 Anwendertreffen Bruker Ettlingen Analyse von Bioklebstoffen Thomas Kowalik, Ingo Grunwald, Reinhard Zech Fraunhofer IFAM, Wiener Straße 12, Bremen

2 FT-IR und Raman Spektroskopie am IFAM Alterung und Abbaureaktionen Kinetiken: Schneller Härtungsmechanismen Elektroden Institut f. Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung Routinemessungen: Identifikation von Klebstoffen, Lacken und Kunststoffen Reaktionskontrolle Detektion von Schadensursachen : Mikroskopie und Chemical Imaging Dünne Schichten Proteinanalyse und chemische Chiralität Biofouling/Bioadhesive Anti Eis

3 Proteinanalyse: Wer klebt wo und warum? Bewegung, Seestern Anhaftung Miesmuschel I Grunwald Abwehr/ Jagen Seegurke Photo: Fred Hayes Schutzwall, Sandwurm 3/ 25

4 Wer klebt wo und warum? Beispiel: Der Sandwurm Der Sandwurm (Phragmatopoma californica) ist ein Riffbildner der zur Familie der Sabellarididae zugehörig ist. (source Wiki) Was ist bekannt über den Klebstoff: Saure und basische Proteine im Klebstoff (coacervation) Phosphoryierte Aminosäure Serine Tyrosine is posttranslational modified (DOPA) Ca 2+ und Mg 2+ sind wichtig fürs Vernetzen Copyright: Peter J. Bryan t (pjbryant@uci.edu) Both 1.html Movie: 4/ 29

5 Wer klebt wo und warum? Beispiel: Die Seegurke Quelle: Youtube Einige Arten besitzen sog. Cuvierschen Schläuche, die der Verteidigung der Tiere dienen. Bei Gefahr werden klebrige Schleimfäden in Richtung Angreifer gespritzt. Die Klebstoffe können auch Gifte enthalten (Holothurine). (source: Wiki) 5/ 29

6 Kleben unter Wasser Dosima fascicularis (Krebs)

7 Kleben unter Wasser Biofouling Dosima fascicularis Quelle: IFAM Umschließende Hülle Elliptische Schaumstruktur Regelmäßige Elementverteilung (Haupt: C, O, N; Spuren von S, Mg, Ca, P, K) weist auf organischen Proteinaufbau hin Ggf. Gasgefüllt

8 Kleben unter Wasser Biofouling Dosima fascicularis ATR-FT-IR-Spektroskopie (Golden Gate) Ganz eindeutig ein Proteinspektrum. Starker Anteil an ß-Faltblattstruktur. Quant 2 Analyse: 46 % außerhalb des kalibrierten Bereich. Rot: Getrocknete Probe; Blau: in D 2 O

9 Kleben unter Wasser Biofouling Dosima fascicularis Raman: Eine Literaturmeinung: Festigkeit von manchen Unterwasser Bioklebstoffen durch S-S-Brückenbindungen Im Raman kein Hinweis auf S-S-. Im EDX kaum Schwefel nachweisbar. kaum Cystein oder Tryrosin in der Proteinsequenzanalyse zu finden. andere Vernetzungsmechanismen sind Rot: Getrocknete Probe; Blau: in D 2 O wahrscheinlicher.

10 Kleben unter Wasser Biofouling Dosima fascicularis Gel Elektrophorese Aminosäuren des Dosimaklebstoffes sind eher sauer (2D). Keine bekannten Vergleichsequenzen von anderen Lebewesen (1D).

11 Überleben im Eis

12 Überleben im Eis durch Proteine. Zwei mögliche Wirkungsweisen Thermale Hysterese Antifreeze Protein auf einer Oberfläche Stört/Verhindert den Eiskristallaufbau (Magnum von Unilever < 0,01 %)

13 Überleben im Eis durch Proteine. Kieselalge Struktur-Eigenschaftsbeziehung für thermale Hysterese und Rekrisstallisierung? Temperatur induzierte Amid I Shift Aquaspec II, Tensor 27

14 Überleben im Eis durch Proteine. Kieselalge Vergleich thermale Hysterese mit Sekundärstrukturveränderung Abnahme der thermalen Hysterese korreliert mit einer Strukturänderung des Proteins. Durch einen notwendigen Dialyse Vorgang ist eine detaillierte Analyse nicht durchführbar gewesen.

15 Fazit Bioklebstoffe zeigen viele interessante Ansätze um technische Probleme zu lösen. Eine technische Umsetzung der aufgeklärten Wirkmechanismen ist fast NIE trivial, oft genügen Sie anderen Fertigungsfaktoren nicht und eine 1:1 Übertragung ist selten möglich. Aber: im Zuge der Kommerzialisierung der Herstellung von Proteinen sind diverse Einsatzmöglichkeiten heute Gang und Gebe, siehe Magnum Eis oder die Verwendung von Enzymen in Waschmittel oder Lebensmitteln. Weitere werden dazukommen!

16 Fische sind Freunde - kein Futter! Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit

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