Forscher entschlüsseln Kalziumcarbonat-Material

Mit Muschelprotein zu ganz neuen Materialstrukturen

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Pokroy und Weiss haben nun den Beweis angetreten, dass es auch einfacher geht: Für ihre Versuche verwendeten die Forscher das Protein Perlucin aus der Haliotis-Schnecke (Seeohr), das sie an das Grün-Fluoreszierende-Protein (GFP) koppelten. Mit diesem Trick führten die Wissenschaftler das unlösliche Perlucin in eine wasserlösliche Form über. In unterschiedlichen Konzentrationen gaben sie diese Lösung zu einer Kalziumcarbonat-Lösung und untersuchten die entstandenen Kristalle. Zum Vergleich untersuchten sie auch Kristalle aus der reinen Kalziumcarbonatlösung und Kristalle aus der Kalziumcarbonatlösung mit GFP.

Kleinste Mengen, große Wirkung

Nur das in Wasser überführte Perlucin baut sich in das anorganische Carbonat-Gitter ein und bewirkt dort regelrechte Gitterverzerrungen, die sich über große Bereiche erstrecken. Nach dem Prinzip „Alles oder Nichts“ genügen dabei schon kleine Mengen an Protein, um definierte Gitterverzerrungen hervorzurufen. An einem Punkt angefangen, pflanzt sich die Veränderung im Gitter immer weiter fort. „GFP allein geht mit Kalziumcarbonat lediglich eine Koexistenz ein – es lagert sich wie ein Mantel um das Kalziumcarbonat-Gitter, ohne es zu verändern“, erklärt die Expertin für Biomineralisation. Wie in der Schnecke scheint es das Perlucin zu sein, dass das Wachstum und die Struktur des Kristallgitters beeinflusst.

Für die Aufklärung dieses Phänomens nutzten die Forscher das Know-How für Muschelproteine am INM und das Know-How für Kristallanalyse am Institut in Haifa. Erst in dieser Kombination war es möglich, die Reaktionen von Perlucin im Kristallgitter zu beobachten. Die Wissenschaftler wollen nun klären, ob auch andere Proteine den Aufbau und damit die Funktionalität von anorganischen Kristallgittern gezielt beeinflussen.

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