Im Netz der Spinne [Teil 3]

von Dr. Chiara Cabrele, Universität Regensburg

Stärker als Stahl und elastischer als das für Strumpfhosen verwendete Nylon – Die Materialien der Spinnennetze könnten viele Bereiche, etwa die Mikrochirurgie, revolutionieren.

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Rekombinante Spinnenproteine aus Säugetierzellen

Vor kurzem ist es einem Team von Wissenschaftlern aus USA und Kanada gelungen, größere Seidenproteine durch Einsetzen der Spinnengene in Säugetier-Zellen (Tierepithelzellen und Babyhamsternierenzellen) zu produzieren. Im Gegensatz zu Proteinen, die von Bakterien oder den Hefen exprimiert wurden, waren die rekombinanten Proteine, die mittels Säugetier-Zellen gewonnen wurden, wasserlöslich. Diese Eigenschaft wurde der Anwesenheit einer hydrophilen Säuregruppe (–COOH) am einem Ende der Aminosäurenketten zugeschrieben.

Herstellung von Fasern - die Kunst des Spinnens

Eine wässrige Lösung der so erhaltenen Proteine wurden durch Koagulation in spinnenden Methanol/Wasser Mischungen zu Fasern verarbeitet, die mit einem Durchmesser von bis zu 40 mm (1 mm = 1 Mikrometer = 1/1000 Millimeter, ein menschliches Haar hat einen Durchmesser von 60 bis 80 mm ) erhalten wurde. Außerdem war es möglich, die Fasern noch im Koagulationsbad zu Fäden zu ziehen, die bei einem Durchmesser von 20 mm fünfmal ihre ursprüngliche Länge zu erreichten. Es wurde dabei auch festgestellt, dass die Härte der Fasern verbessert ist, wenn das Verhältnis zwischen den gezogenen und ursprünglichen Faserlängen größer als drei ist. Außerdem waren die Fasern, die zuerst in Methanol und dann in Wasser gezogen wurden, stärker als die, die nur einmal in Methanol/Wasser gezogen wurden, vermutlich wegen des Beitrags der Wassermoleküle zur Packung der b-Faltblätter der Ala-reichen Ketten (A_n Motiv).

Fazit

Die Fasern, die durch wasserlösliche rekombinante Proteine von Säugetier-Zellen hergestellt wurden, waren so fest wie die natürlichen Spinnenseiden und erwiesen sich in Belastungstests sogar beständiger. Ihre Zähigkeit war immer noch niedrig, doch sollte sich diese Eigenschaft durch Optimierung von den Prozessen des Spinnens und des Ausziehen verbessern lassen.

Angesichts dieser erfolgreichen Resultate könnte der Gebrauch der synthetischen Spinnenseiden bald eine wichtige Rolle für die Mikrochirurgie, etwa für Nähte, und für andere Anwendungen spielen, in denen außerordentliche Stärke und Verlängerungseigenschaften benötigt werden. Ein weiterer Vorteil dieser Biomaterialien in Bezug auf traditionelle Polyamidfasern, etwa Aramid, ist deren Herstellung aus wässerigen Lösungen. Auf Umwelt belastende Lösungsmittel wie Schwefelsäure und Hexafluorisopropanol kann verzichtet werden.

Über die Autorin:
Chiara Cabrele studierte Chemie an der Universität Padua und promovierte an der ETH Zürich über Neuropeptid Y. Nach einem zweijährigen Postdoktorandenaufenthalt am Max-Planck-Institut Martinsried leitet sie seit 2003 eine Nachwuchsgruppe Peptid/Proteinsynthese im Emmy-Neother Programm der DFG.

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