Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Eiweiße übernehmen Filterfunktion - Hochselektive und superschnelle Filter werden denkbar

12.09.2012
Könnten Pflanzen schneller wachsen, würde dem Hunger auf der Welt leichter beizukommen sein, davon sind auch viele Politiker überzeugt.
Dem Wunsch nach schnellerem Wachstum jedenfalls sind Biologen der TU Darmstadt nun einen Schritt näher gekommen. Sie haben nachgewiesen, dass der Gehalt an Kohlendioxid in pflanzlichen Zellen und damit ihr Wachstum mithilfe bestimmter Proteine künstlich erhöht werden kann. Ihre Forschungen könnten aber auch neue Ansätze in Umweltschutz und Medizin bringen.

„Wir wollten zeigen, dass natürliche, biologisch hergestellte Eiweiße in künstliche Membranen, sozusagen hauchdünne Plastikfolien, eingesetzt werden können und dabei funktionstüchtig bleiben“, erläutert Prof. Ralf Kaldenhoff von der Fakultät Biologie der TU Darmstadt. Das ist ihm und seinen Mitarbeitern Dr. Norbert Uehlein, Dr. Marlies Heckwolf und Beate Otto nun gelungen. Doch darüber hinaus konnten sie einen weiteren entscheidenden Nachweis erbringen.

Strukturveränderung macht Kohlendioxid den Weg frei

Die Darmstädter haben sogenannte Aquaporine untersucht, das sind Eiweiße in Membranen lebender Zellen, die dafür bekannt sind, quasi einen Tunnel für Wassermoleküle zu bilden. Dass sie darüber hinaus auch Kohlendioxid-Moleküle durch die Membran hindurchlassen könnten, hatten die Wissenschaftler zwar vermutet, waren jedoch auf wenig Zustimmung unter den Kollegen gestoßen, denn „biophysikalisch ist das zunächst nicht erklärbar.
Ihre Struktur ermöglicht es Kohlendioxid-Molekülen, frei durch Membranen zu diffundieren – Proteine, die eine Diffusion erleichtern, sind also nicht notwendig“, berichtet Kaldenhoff. „Aquaporine fungieren nur als CO2-Kanal in der tetrameren Form, also wenn sich vier von ihnen zusammenlegen und in ihrer Mitte eine Art Pore bilden. Durch diese diffundiert vermutlich das CO2.“

Großes wirtschaftliches Potenzial

In Pflanzen sind mehr als 20 Aquaporine bekannt, beim Menschen immerhin 13. Sie sind noch lange nicht ausreichend erforscht bezüglich ihrer Tunnelfunktionen. Die Darmstädter haben sich Aquaporinen aus der Acker-Schmalwand (Arabidopsis thaliana) gewidmet. Diese Pflanze wird in unseren Breiten gerne als „Unkraut“ eingestuft, ist jedoch für Pflanzenwissenschaftler ein Modellorganismus.
Die Arbeit der Darmstädter zeigt: Diese Aquaporine können die CO2-Diffusion im Gewebe erhöhen und damit die CO2-Versorgung von Chloroplasten verbessern. Diese wiederum sind Bestandteile pflanzlicher Zellen, die für die Photosynthese und damit auch für das Wachstum der Pflanze verantwortlich sind.

Neben Anwendungen im Agrarbereich ist ein technischer Einsatz der Proteine in Filtern denkbar. „Das wirtschaftliche Potenzial ist groß“, formuliert es Kaldenhoff. Generell lassen sich aus undurchlässigen durchlässige Membranen herstellen – und zwar wohldefiniert für einzelne Moleküle. Das wiederum bedeutet, dass man sehr selektive Filter bauen kann, mit deren Hilfe Moleküle in einer heute nicht denkbaren Geschwindigkeit aus Flüssigkeiten oder Gasen beziehungsweise der Luft herausgefiltert werden können. „Die Wasserleitfähigkeit etwa könnte um den Faktor 1000 höher sein als alles, was Menschen derzeit an Wasserleitfähigkeit herstellen können“, begeistert sich Kaldenhoff. „Viele denkbare Filtermedien könnten Wirklichkeit werden, von denen wir heute nur träumen.“ Zum Beispiel ließe sich Kohlendioxid aus der Luft viel effizienter herausfiltern – der Klimakiller kein Thema mehr?

Erste praktische Ansätze
Auch den Glauben, die CO2-Leitfähigkeit menschlicher Zellen sei unveränderbar, haben Kaldenhoff und seine Mitarbeiter damit erschüttert. „Doch, sie ist beeinflussbar, und das bringt uns schnell zu medizinischen Anwendungen. So könnte man sich vorstellen, Atemnot durch ein Aquaporine beeinflussendes Medikament zu behandeln.“ Erste Versuche mit Mäusen zeigen, dass Aquaporine gegen Kurzatmigkeit wirken.
Die Biologen der TU Darmstadt spezialisieren sich allerdings auf den Agrarsektor. Sie werden in Kürze gemeinsam mit einem Industrieunternehmen versuchen, Pflanzen tatsächlich schneller wachsen zu lassen.

Pressekontakt
Prof. Ralf Kaldenhoff
Tel. 06151 / 16-3805
kaldenhoff@bio.tu-darmstadt.de

Jörg Feuck | idw
Weitere Informationen:
http://www.tu-darmstadt.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Der erste Blick auf ein einzelnes Protein
18.01.2017 | Max-Planck-Institut für Festkörperforschung, Stuttgart

nachricht Unterschiedliche Rekombinationsraten halten besonders egoistische Gene im Zaum
18.01.2017 | Max-Planck-Institut für Evolutionsbiologie, Plön

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: Textiler Hochwasserschutz erhöht Sicherheit

Wissenschaftler der TU Chemnitz präsentieren im Februar und März 2017 ein neues temporäres System zum Schutz gegen Hochwasser auf Baumessen in Chemnitz und Dresden

Auch die jüngsten Hochwasserereignisse zeigen, dass vielerorts das natürliche Rückhaltepotential von Uferbereichen schnell erschöpft ist und angrenzende...

Im Focus: Wie Darmbakterien krank machen

HZI-Forscher entschlüsseln Infektionsmechanismen von Yersinien und Immunantworten des Wirts

Yersinien verursachen schwere Darminfektionen. Um ihre Infektionsmechanismen besser zu verstehen, werden Studien mit dem Modellorganismus Yersinia...

Im Focus: How gut bacteria can make us ill

HZI researchers decipher infection mechanisms of Yersinia and immune responses of the host

Yersiniae cause severe intestinal infections. Studies using Yersinia pseudotuberculosis as a model organism aim to elucidate the infection mechanisms of these...

Im Focus: Interfacial Superconductivity: Magnetic and superconducting order revealed simultaneously

Researchers from the University of Hamburg in Germany, in collaboration with colleagues from the University of Aarhus in Denmark, have synthesized a new superconducting material by growing a few layers of an antiferromagnetic transition-metal chalcogenide on a bismuth-based topological insulator, both being non-superconducting materials.

While superconductivity and magnetism are generally believed to be mutually exclusive, surprisingly, in this new material, superconducting correlations...

Im Focus: Erforschung von Elementarteilchen in Materialien

Laseranregung von Semimetallen ermöglicht die Erzeugung neuartiger Quasiteilchen in Festkörpersystemen sowie ultraschnelle Schaltung zwischen verschiedenen Zuständen.

Die Untersuchung der Eigenschaften fundamentaler Teilchen in Festkörpersystemen ist ein vielversprechender Ansatz für die Quantenfeldtheorie. Quasiteilchen...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Künftige Rohstoffexperten aus aller Welt in Freiberg zur Winterschule

18.01.2017 | Veranstaltungen

Bundesweiter Astronomietag am 25. März 2017

17.01.2017 | Veranstaltungen

Über intelligente IT-Systeme und große Datenberge

17.01.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Der erste Blick auf ein einzelnes Protein

18.01.2017 | Biowissenschaften Chemie

Das menschliche Hirn wächst länger und funktionsspezifischer als gedacht

18.01.2017 | Biowissenschaften Chemie

Zur Sicherheit: Rettungsautos unterbrechen Radio

18.01.2017 | Verkehr Logistik