Struktur der Proteine entschlüsselt 01.03.2014, 08:17 Uhr

Elastizität nach Maß: Künstliche Haut aus Muschelfäden implantieren

Muscheln produzieren extrem reißfeste Fäden. Damit trotzen sie selbst starken Strömungen. Jetzt haben Forscher das Geheimnis gelüftet und den Weg für eine technische Nutzung freigemacht.

Miesmuschel auf einem Stein: Mit ihren Byssusfäden kann sie sich an festen Gegenständen in der Brandung festsetzen.

Miesmuschel auf einem Stein: Mit ihren Byssusfäden kann sie sich an festen Gegenständen in der Brandung festsetzen.

Foto: Lehrstuhl für Biomaterialien/Universität Bayreuth

Der „Schleier von Manoppello” ist eine ungewöhnliche Reliquie, die in der Kirche Santuario del Volto Santo verehrt wird. Das hauchdünne Tuch, das das Gesicht eines langhaarigen, bärtigen Mannes zeigt, ist aus den Fäden der Steckmuschel gewoben worden. Diese hauchfeinen Fasern, Byssus genannt, sind extrem reißfest und haftfähig. Muscheln kleben sich damit auf Steinen am Meeresboden fest. Wegen der hohen Elastizität überstehen die Schalentiere selbst heftige Meeresströmungen.

Muschelfäden wurden in Antike zu edlen Stoffen verarbeitet 

Schon vor Jahrtausenden warfen Menschen ein begehrliches Auge auf die Fasern mit den ungewöhnlichen Eigenschaften. Sie verspannten sie und woben daraus die edelsten Stoffe der Antike. Heute wird Byssus nicht mehr verarbeitet. Trotzdem werfen Wissenschaftler begehrliche Blicke auf das Material, aus dem sich neuartige technische und medizinische Bauteile herstellen ließen. Künstliche Haut, die auch in Körperregionen nicht reißt, die stark beansprucht sind, ließe sich daraus herstellen. Ebenso Verbindungselemente zwischen zwei Teilen eines künstlichen Gelenks.

Rasterelektronenmikroskopische Aufnahme des proximalen (a) und distalen (b) Abschnitts eines Byssusfadens der Miesmuschel.

Rasterelektronenmikroskopische Aufnahme des proximalen (a) und distalen (b) Abschnitts eines Byssusfadens der Miesmuschel.

Quelle: Lehrstuhl für Biomaterialien/Universität Bayreuth

Bisher ist es noch nicht gelungen, die Fasern im Labor nachzubauen, weil die Ursachen für ihre ungewöhnliche Elastizität, die entlang der Faser unterschiedlich ist, nicht bekannt war. Forscher an den Lehrstühlen Biomaterialien und Biochemie der Universität Bayreuth haben das Rätsel jetzt gelöst. Sie untersuchten allerdings den Byssus der Miesmuschel, die vor allem im Winter in zahlreichen Gaststätten als Delikatesse angeboten wird.

Unterschiedliche Elastizität entlang eines Fadens

Obwohl der Muschelfaden extrem dünn ist besteht er aus mehreren Strängen, die in Längsrichtung verlaufen, ähnlich wie die Borsten eines Pinsels. Diese Fibrillen genannten Fasern bestehen aus Proteinen, also Eiweißen. Zwischen ihnen befinden sich anders gebaute Proteine, die als Abstandshalter fungieren. Am Ende des Fadens, der auf einem Stein klebt, sind es andere als in der Nähe des Muschelkörpers. Aus diesem Grund ändert sich die Elastizität über die Länge des Byssus`.

Das Team um die Professoren Thomas Scheibel und Clemens Steegborn haben die Struktur der Proteine entschlüsselt und damit die Basis dafür geschaffen, dieses natürliche Verbundmaterial nachzubauen. „Es handelt sich um eine Struktur, die wir in dieser Form bei Proteinen bisher noch nicht kannten“, so Steegborn. Durch unterschiedliche Verteilung der Protein-Abstandshalter zwischen den Fibrillen lässt sich die Elastizität eines solchen Fadens ganz nach Bedarf steuern.

Ein Beitrag von:

  • Wolfgang Kempkens

    Wolfgang Kempkens studierte an der RWTH Aachen Elektrotechnik und schloss mit dem Diplom ab. Er arbeitete bei einer Tageszeitung und einem Magazin, ehe er sich als freier Journalist etablierte. Er beschäftigt sich vor allem mit Umwelt-, Energie- und Technikthemen.

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