Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Heidelberger Forscher finden ein außergewöhnlich elastisches Protein

23.01.2015

Am Ursprung der molekularen Elastizität könnte ein sogenanntes Elastomer der Nesseltiere stehen

Ein außergewöhnlich elastisches Protein haben Wissenschaftler der Universität Heidelberg in einer der ältesten Tiergruppen der Welt, den mehr als 600 Millionen Jahre alten Nesseltieren, entdeckt. Es ist Teil des „Waffensystems“, mit dem die Cnidaria eine Art Harpune mit extrem hoher Geschwindigkeit aus ihrem Körper herausschleudern können.

Der Fund des bislang unbekannten Proteins beim Süßwasserpolypen Hydra weist darauf hin, dass der molekulare Mechanismus der Elastizität seinen Ursprung bei den Nesseltieren haben könnte und zum Abschuss einer tödlichen Waffe entstanden ist.

Da es in seiner Aminosäurensequenz große Ähnlichkeit mit dem Spidroin der Spinnenseide aufweist, haben die Forscher vom Centre for Organismal Studies diesem elastischen Protein den Namen Cnidoin gegeben. Die Forschungsergebnisse wurden in der Fachzeitschrift „BMC Biology“ veröffentlicht.

Elastische Proteine wurden im Laufe der Evolution in ganz unterschiedlichen Tierstämmen entwickelt und erfüllen oft hoch spezialisierte biologische Funktionen wie zum Beispiel das Elastin in den Lungenbläschen höherer Wirbeltiere, das Resilin in den Flügelgelenken von Insekten oder das Spidroin in den Fäden der Spinnenseide.

Sie verleihen den jeweiligen Geweben mechanische Eigenschaften, die weit über denen künstlicher Materialien liegen. Als gemeinsames Merkmal besitzen diese Proteine – sogenannte Elastomere – strukturell ungeordnete, sich wiederholende Proteinsequenzen, die bei Streckung des Moleküls Energie speichern, um diese nach Entlastung in Form einer Bewegung abgeben zu können.

Diese Bewegungen können rhythmisch wiederkehrend sein wie in unseren herznahen Blutgefäßen. Oder es handelt sich um einzelne, explosionsartige Bewegungen wie beim Sprung eines Grashüpfers.

Das Wissenschaftlerteam um Privatdozent Dr. Suat Özbek und Prof. Dr. Thomas Holstein vom Centre for Organismal Studies (COS) konnte mit seinen Untersuchungen am Süßwasserpolypen Hydra zeigen, dass das Cnidoin Teil des Cnidaria-Waffensystems – der Nesselkapseln – ist. Diese Organellen dienen Quallen, Korallen und Seeanemonen zum Beutefang und zur Abwehr von Feinden.

Bei ihrer Berührung wird innerhalb von Nanosekunden aus dem Innern einer solchen unter hohem Druck stehenden Kapsel ein Schlauch wie eine Harpune herausgeschleudert. Bei dem „Abschießen“ dieses Nesselfadens handelt es sich um einen der schnellsten im Tierreich bekannten Prozesse. An der Spitze mit einer Art Stilett versehen, werden durch den Nesselfaden Gifte injiziert, die den Angreifer oder das Beutetier innerhalb von Sekunden lähmen oder töten. „Das Cnidoin ist dabei Bestandteil der Kapselwand, die vor der Entladung und dem Abschuss der ,Harpune‘ elastisch gedehnt ist“, so Dr. Özbek.

Gemeinsam mit weiteren Forschern in Heidelberg und München haben die COS-Wissenschaftler die biomechanischen Eigenschaften des Cnidoins untersucht. Dazu wurden Kraftmessungen an Einzelmolekülen sowie Computersimulationen durchgeführt. Die besonderen Eigenschaften des elastischen Proteins sind wesentlich verantwortlich für die enorme Beschleunigung der „Harpunenspitze“, die während des Entladungsprozesses auftritt und nach Angaben von Dr. Özbek fünfmillionenfach so hoch ist wie die Erdbeschleunigung

. „Die Cnidoin-Eigenschaften sind vergleichbar mit denen anderer Elastomere. Das Cnidoin weist aber vermutlich durch starke Kreuzvernetzung zu einer dichten Kapselwandstruktur einen ungewöhnlich schnellen Rückstoß auf.“

Wie der Wissenschaftler betont, ist der molekulare Mechanismus der Elastizität im Tierreich mehrfach unabhängig voneinander entstanden. „Cnidoin ist allerdings das evolutiv älteste elastische Protein, das bisher beschrieben wurde“, so Suat Özbek. „Daher gehen wir davon aus, dass eben diese Elastizität ihren Ursprung bei den Cnidaria hat und sich hier als Teil des beschriebenen ,Waffensystems‘ entwickelt hat.“

An den Forschungsarbeiten waren Prof Dr. Wolfgang Petrich vom Kirchhoff-Instituts für Physik der Universität Heidelberg sowie Prof. Dr. Frauke Gräter vom Heidelberger Institut für Theoretische Studien (HITS) beteiligt. Außerdem hat daran der Physiker Dr. Martin Benoit von der Ludwig-Maximilians-Universität München mitgewirkt.

Originalpublikation:
A. Beckmann, S. Xiao, J.P. Müller, D. Mercadante, T. Nüchter, N. Kröger, F. Langhojer, W. Petrich, T.W. Holstein, M. Benoit, F. Gräter and S. Özbek: A Fast Recoiling Silk-like Elastomer Facilitates Nanosecond Nematocyst Discharge, BMC Biology.2015, 13:3 (16 January 2015), doi: 10.1186/s12915-014-0113-1

Kontakt:
Privatdozent Dr. Suat Özbek
Centre for Organismal Studies
Telefon (06221) 54-5638
suat.oezbek@cos.uni-heidelberg.de

Kommunikation und Marketing
Pressestelle, Telefon (06221) 54-2311
presse@rektorat.uni-heidelberg.de

Weitere Informationen:

http://www.cos.uni-heidelberg.de/index.php/s.Oezbek?l=_e

Marietta Fuhrmann-Koch | idw - Informationsdienst Wissenschaft

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Multifunktionaler Mikroschwimmer transportiert Fracht und zerstört sich selbst
26.04.2018 | Max-Planck-Institut für Intelligente Systeme

nachricht Der lange Irrweg der ADP Ribosylierung
26.04.2018 | Max-Planck-Institut für Biologie des Alterns

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: Why we need erasable MRI scans

New technology could allow an MRI contrast agent to 'blink off,' helping doctors diagnose disease

Magnetic resonance imaging, or MRI, is a widely used medical tool for taking pictures of the insides of our body. One way to make MRI scans easier to read is...

Im Focus: Fraunhofer ISE und teamtechnik bringen leitfähiges Kleben für Siliciumsolarzellen zu Industriereife

Das Kleben der Zellverbinder von Hocheffizienz-Solarzellen im industriellen Maßstab ist laut dem Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE und dem Anlagenhersteller teamtechnik marktreif. Als Ergebnis des gemeinsamen Forschungsprojekts »KleVer« ist die Klebetechnologie inzwischen so weit ausgereift, dass sie als alternative Verschaltungstechnologie zum weit verbreiteten Weichlöten angewendet werden kann. Durch die im Vergleich zum Löten wesentlich niedrigeren Prozesstemperaturen können vor allem temperatursensitive Hocheffizienzzellen schonend und materialsparend verschaltet werden.

Dabei ist der Durchsatz in der industriellen Produktion nur geringfügig niedriger als beim Verlöten der Zellen. Die Zuverlässigkeit der Klebeverbindung wurde...

Im Focus: BAM@Hannover Messe: Innovatives 3D-Druckverfahren für die Raumfahrt

Auf der Hannover Messe 2018 präsentiert die Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM), wie Astronauten in Zukunft Werkzeug oder Ersatzteile per 3D-Druck in der Schwerelosigkeit selbst herstellen können. So können Gewicht und damit auch Transportkosten für Weltraummissionen deutlich reduziert werden. Besucherinnen und Besucher können das innovative additive Fertigungsverfahren auf der Messe live erleben.

Pulverbasierte additive Fertigung unter Schwerelosigkeit heißt das Projekt, bei dem ein Bauteil durch Aufbringen von Pulverschichten und selektivem...

Im Focus: BAM@Hannover Messe: innovative 3D printing method for space flight

At the Hannover Messe 2018, the Bundesanstalt für Materialforschung und-prüfung (BAM) will show how, in the future, astronauts could produce their own tools or spare parts in zero gravity using 3D printing. This will reduce, weight and transport costs for space missions. Visitors can experience the innovative additive manufacturing process live at the fair.

Powder-based additive manufacturing in zero gravity is the name of the project in which a component is produced by applying metallic powder layers and then...

Im Focus: IWS-Ingenieure formen moderne Alu-Bauteile für zukünftige Flugzeuge

Mit Unterdruck zum Leichtbau-Flugzeug

Ingenieure des Fraunhofer-Instituts für Werkstoff- und Strahltechnik (IWS) in Dresden haben in Kooperation mit Industriepartnern ein innovatives Verfahren...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Konferenz »Encoding Cultures. Leben mit intelligenten Maschinen« | 27. & 28.04.2018 ZKM | Karlsruhe

26.04.2018 | Veranstaltungen

Konferenz zur Marktentwicklung von Gigabitnetzen in Deutschland

26.04.2018 | Veranstaltungen

infernum-Tag 2018: Digitalisierung und Nachhaltigkeit

24.04.2018 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Weltrekord an der Uni Paderborn: Optische Datenübertragung mit 128 Gigabits pro Sekunde

26.04.2018 | Informationstechnologie

Multifunktionaler Mikroschwimmer transportiert Fracht und zerstört sich selbst

26.04.2018 | Biowissenschaften Chemie

Berner Mars-Kamera liefert erste farbige Bilder vom Mars

26.04.2018 | Physik Astronomie

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics