Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Antifrost-Eiweiße einer Eisalge sollen Tiefkühl-Brötchen vor Gefrierbrand schützen

20.03.2012
Die Kieselalge Fragilariopsis cylindrus gedeiht dort, wo viele andere Lebewesen in eine Kälte-Schockstarre fallen würden – nämlich im Meereis der Arktis und Antarktis. Ihr Überleben garantiert ein Antifrost-Protein, das die Alge an ihre Umgebung abgibt.

Biologen vom Alfred-Wegener-Institut für Polar- und Meeresforschung in der Helmholtz-Gemeinschaft ist es nun gelungen, den genetischen Bauplan dieses natürlichen Frostschutzmittels zu entschlüsseln und das Eiweiß biotechnologisch herzustellen.

In einem gemeinsamen Projekt mit Lebensmittelforschern vom ttz Bremerhaven soll jetzt untersucht werden, ob der Algen-Frostschutz auch Tiefkühl-Brötchen vor der zerstörerischen Kraft der Eiskristalle bewahren kann.

Die Kieselalge Fragilariopsis cylindrus hat sich einen der extremsten Lebensräume der Welt ausgesucht: das Meereis in den Polarregionen. Sie besiedelt die kleinen Kanäle und Hohlräume, die entstehen, wenn Meerwasser zu Eis gefriert. Das Wasser in diesen winzigen Eishöhlen kühlt sich im Extremfall auf bis zu minus 20 Grad Celsius ab und ist dann fast sieben Mal salziger als normales Meerwasser. Der Alge aber können Frost und Salzlauge nahezu nichts anhaben. Sie wappnet sich und produziert ein sogenanntes Antifrost-Eiweiß, das sie an ihre Umgebung abgibt.

„Am Anfang unserer Untersuchungen wussten wir, dass in der Natur verschiedene Antifrost-Proteine vorkommen, die auch ganz unterschiedliche Aufgaben haben. In Fischen zum Beispiel senken sie den Gefrierpunkt des Blutes. Bei Pflanzen sorgen sie für den Fall, dass sich einmal Eis gebildet hat, dass die einzelnen Kristalle kaum an Größe gewinnen und dem Gewebe auf diese Weise nicht schaden können“, sagt Dr. Maddalena Bayer-Giraldi, Biologin am Alfred-Wegener-Institut für Polar- und Meeresforschung in der Helmholtz-Gemeinschaft.

Die Wissenschaftlerin geht der Frage nach, wie Leben im Eis überhaupt möglich ist und stellte bei ihren Untersuchungen der Eisalge schnell fest: Das Frostschutz-Protein von Fragilariopsis cylindrus passte in keine bekannte Eiweiß-Gruppe. „Es hat sich gezeigt, dass das Antifrost-Protein dieser Kieselalge zu einer neuen Gruppe der Frostschutz-Eiweiße gehört. Es senkt zwar auch leicht den Gefrierpunkt des Wassers. Viel markanter sind jedoch seine Eigenschaften, das Wachstum der Eiskristalle zu hemmen, die Mikrostruktur der Eiskristalle zu verändern und damit die Textur des Eises. Wir vermuten, dass sich auf diese Weise das Eis so entscheidend verändert, dass die Salzlauge nicht ausgewaschen wird. Sie verbleibt in den Kanälen, weshalb die kleinen Gänge und Hohlräume im Eis nie ganz zufrieren. Sie verengen sich nur, bleiben aber als Lebensraum für die Alge erhalten“, sagt Maddalena Bayer-Giraldi.

Ihre Forschungsergebnisse haben sowohl Wissenschaftler als auch Experten aus der Industrie aufhorchen lassen. Bieten sie doch möglicherweise Ansatzpunkte für die Entwicklung neuer Frostschutzmittel. „Antifrost-Proteine sind für all jene Anwendungsbereiche interessant, in denen Eis Schaden anrichtet, so zum Beispiel bei der Herstellung von Lacken oder Oberflächen, die eisfrei bleiben sollen“, erklärt die Biologin.

Interesse an ihren Forschungsergebnissen zeigte das Technologietransferzentrum (ttz) Bremerhaven. Dessen Institut für Lebensmitteltechnologie und Bioverfahrenstechnik sucht nach neuen Frostschutzmethoden für tiefgekühlte Backwaren. Bisher kommt es nämlich beim Gefrieren von ungebackenen Brötchen und Broten zu spürbaren Qualitätsverlusten. Eiskristalle, die entstehen, wenn das Wasser im Teig gefriert, zerstören sowohl die Struktur und Klebeeigenschaften des Teiges als auch die Hefezellen, weshalb die Backwaren beim Auftauen bis zu 20 Prozent ihres Volumens einbüßen. An der Oberfläche trocknet das Gefriergut zudem aus. Gemeinsam wollen Biologen und Lebensmittelforscher nun einen Weg finden, mit dem sich das Antifrost-Protein der Kieselalge so gezielt in Bäckereien einsetzen lässt, dass die Eiskristallbildung beim Tiefkühlen kontrolliert werden kann.

Maddalena Bayer-Giraldi konzentriert sich dabei auf zwei Kernfragen. „Mich interessiert wie das Protein mit dem Eis interagiert und wie es dessen Struktur prägt. So wissen wir beispielsweise noch nicht, bei welcher Konzentration des Antifrost-Eiweißes diese Prozesse ablaufen oder welche Gefrierbedingungen die besten sind. Diese Fragen sind jedoch ganz entscheidend – für den industriellen Einsatz des Proteins ebenso wie für das Verständnis der Ökologie im Meereis“, sagt die Biologin. Auf ihren Erkenntnissen werden anschließend die Back- und Gefriertests der Lebensmittelexperten aufbauen.

Gefördert wird dieses Projekt von der Allianz Industrie Forschung (AiF) sowie dem Forschungskreis der Ernährungsindustrie e.V.. Es steht damit exemplarisch für das hohe Anwendungspotenzial von Ergebnissen der Grundlagenforschung am Alfred-Wegener-Institut für Polar- und Meeresforschung in der Helmholtz-Gemeinschaft.

Der Titel der Originalveröffentlichung lautet:
M. Bayer-Giraldi, I. Weikusat, H. Besir, G. Dieckmann (2011): Characterization of an antifreeze protein from the polar diatom Fragilariopsis cylindrus and its relevance in sea ice, Cryobiology 63 (201) 210-219, doi:10.1016/j.cryobiol.2011.08.006

Ihre Ansprechpartnerinnen am Alfred-Wegener-Institut sind Maddalena Bayer-Giraldi (Tel: 0471 4831-1996; E-Mail: Maddalena.Bayer@awi.de) sowie in der Abteilung Kommunikation und Medien Sina Löschke (Tel: 0471 4831-2008; E-Mail: Sina.Loeschke@awi.de).

Das Alfred-Wegener-Institut forscht in der Arktis, Antarktis und den Ozeanen der mittleren und hohen Breiten. Es koordiniert die Polarforschung in Deutschland und stellt wichtige Infrastruktur wie den Forschungseisbrecher Polarstern und Stationen in der Arktis und Antarktis für die internationale Wissenschaft zur Verfügung. Das Alfred-Wegener-Institut ist eines der 18 Forschungszentren der Helmholtz-Gemeinschaft, der größten Wissenschaftsorganisation Deutschlands.

Ralf Röchert | idw
Weitere Informationen:
http://www.awi.de
http://www.awi.de/de/aktuelles_und_presse/pressemitteilungen/

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Sollbruchstellen im Rückgrat - Bioabbaubare Polymere durch chemische Gasphasenabscheidung
02.12.2016 | Gesellschaft Deutscher Chemiker e.V.

nachricht "Fingerabdruck" diffuser Protonen entschlüsselt
02.12.2016 | Universität Leipzig

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Biowissenschaften Chemie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Greifswalder Forscher dringen mit superauflösendem Mikroskop in zellulären Mikrokosmos ein

Das Institut für Anatomie und Zellbiologie weiht am Montag, 05.12.2016, mit einem wissenschaftlichen Symposium das erste Superresolution-Mikroskop in Greifswald ein. Das Forschungsmikroskop wurde von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) und dem Land Mecklenburg-Vorpommern finanziert. Nun können die Greifswalder Wissenschaftler Strukturen bis zu einer Größe von einigen Millionstel Millimetern mittels Laserlicht sichtbar machen.

Weit über hundert Jahre lang galt die von Ernst Abbe 1873 publizierte Theorie zur Auflösungsgrenze von Lichtmikroskopen als ein in Stein gemeißeltes Gesetz....

Im Focus: Durchbruch in der Diabetesforschung: Pankreaszellen produzieren Insulin durch Malariamedikament

Artemisinine, eine zugelassene Wirkstoffgruppe gegen Malaria, wandelt Glukagon-produzierende Alpha-Zellen der Bauchspeicheldrüse (Pankreas) in insulinproduzierende Zellen um – genau die Zellen, die bei Typ-1-Diabetes geschädigt sind. Das haben Forscher des CeMM Forschungszentrum für Molekulare Medizin der Österreichischen Akademie der Wissenschaften im Rahmen einer internationalen Zusammenarbeit mit modernsten Einzelzell-Analysen herausgefunden. Ihre bahnbrechenden Ergebnisse werden in Cell publiziert und liefern eine vielversprechende Grundlage für neue Therapien gegen Typ-1 Diabetes.

Seit einigen Jahren hatten sich Forscher an diesem Kunstgriff versucht, der eine simple und elegante Heilung des Typ-1 Diabetes versprach: Die vom eigenen...

Im Focus: Makromoleküle: Mit Licht zu Präzisionspolymeren

Chemikern am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) ist es gelungen, den Aufbau von Präzisionspolymeren durch lichtgetriebene chemische Reaktionen gezielt zu steuern. Das Verfahren ermöglicht die genaue, geplante Platzierung der Kettengliedern, den Monomeren, entlang von Polymerketten einheitlicher Länge. Die präzise aufgebauten Makromoleküle bilden festgelegte Eigenschaften aus und eignen sich möglicherweise als Informationsspeicher oder synthetische Biomoleküle. Über die neuartige Synthesereaktion berichten die Wissenschaftler nun in der Open Access Publikation Nature Communications. (DOI: 10.1038/NCOMMS13672)

Chemische Reaktionen lassen sich durch Einwirken von Licht bei Zimmertemperatur auslösen. Die Forscher am KIT nutzen diesen Effekt, um unter Licht die...

Im Focus: Neuer Sensor: Was im Inneren von Schneelawinen vor sich geht

Ein neuer Radarsensor erlaubt Einblicke in die inneren Vorgänge von Schneelawinen. Entwickelt haben ihn Ingenieure der Ruhr-Universität Bochum (RUB) um Dr. Christoph Baer und Timo Jaeschke gemeinsam mit Kollegen aus Innsbruck und Davos. Das Messsystem ist bereits an einem Testhang im Wallis installiert, wo das Schweizer Institut für Schnee- und Lawinenforschung im Winter 2016/17 Messungen damit durchführen möchte.

Die erhobenen Daten sollen in Simulationen einfließen, die das komplexe Geschehen im Inneren von Lawinen detailliert nachbilden. „Was genau passiert, wenn sich...

Im Focus: Neuer Rekord an BESSY II: 10 Millionen Ionen erstmals bis auf 7,4 Kelvin gekühlt

Magnetische Grundzustände von Nickel2-Ionen spektroskopisch ermittelt

Ein internationales Team aus Deutschland, Schweden und Japan hat einen neuen Temperaturrekord für sogenannte Quadrupol-Ionenfallen erreicht, in denen...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Von „Coopetition“ bis „Digitale Union“ – Die Fertigungsindustrien im digitalen Wandel

02.12.2016 | Veranstaltungen

Experten diskutieren Perspektiven schrumpfender Regionen

01.12.2016 | Veranstaltungen

Die Perspektiven der Genom-Editierung in der Landwirtschaft

01.12.2016 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Parkinson-Krankheit und Dystonien: DFG-Forschergruppe eingerichtet

02.12.2016 | Förderungen Preise

Smart Data Transformation – Surfing the Big Wave

02.12.2016 | Studien Analysen

Nach der Befruchtung übernimmt die Eizelle die Führungsrolle

02.12.2016 | Biowissenschaften Chemie