Vorbild Miesmuschel 20.11.2017, 12:45 Uhr

Superkleber von Bakterien klebt gebrochene Knochen wieder fest zusammen

Miesmuscheln haften bombenfest auf Felsen und Steinen. Sie zu lösen, kostet richtig Kraft. Diesen Unterwassserkleber herzustellen, ist jetzt Berliner Forschern gelungen. Ihr Ziel: Der neue Kleber soll vor allem von Chirurgen zum Verkleben gebrochener Knochen eingesetzt werden. Verschrauben wird dann überflüssig.

Nach dem Vorbild der Miesmuschel haben Forscher aus Berlin einen Biokleber entwickelt, der so stark haftet, dass man zum Beispiel gebrochene Knochen und Implantate dauerhaft verkleben kann. 

Nach dem Vorbild der Miesmuschel haben Forscher aus Berlin einen Biokleber entwickelt, der so stark haftet, dass man zum Beispiel gebrochene Knochen und Implantate dauerhaft verkleben kann. 

Foto: TU Berlin

Miesmuscheln leben in küstennahen Regionen, in denen es hoch hergeht. Ständig zerren Wellen und Strömungen an den von Gourmets heiß begehrten Meeresbewohnern. Das lässt sie kalt, denn sie besitzen die Gabe, einen Klebstoff herzustellen, der unter Wasser eine bombenfeste Verbindung zu Felsen und Steinen schafft. Da kommen die Kleber, die Menschen bisher geschaffen haben, bei weitem nicht mit.

Kleber aus diversen Proteinen

Das ändert sich jetzt. Forscher aus Berlin und Bayreuth stellen diesen Klebstoff jetzt im Labor her. Genau genommen lassen sie ihn produzieren. Und zwar von Bakterien, die im Normalfall im Darm von Säugetieren gute Diente leisten, von Escherichia coli. Das Team um die Professoren Nediljko Budisa von der TU Berlin, Holger Dobbek von der Humboldt-Universität in Berlin und Andreas Möglich von der Universität Bayreuth hat das Bakterium manipuliert, sodass es nun den Kleber produziert.

Er besteht aus mehreren Proteinen. Der wichtigste Bestandteil aber ist die Aminosäure 3,4-Dihydroxyphenylalanin, kurz DOPA, genannt.

Miesmuscheln haben in der Natur einen Kleber entwickelt, der auch unter Wasser größte Haftungseigenschaften entwickelt.

Miesmuscheln haben in der Natur einen Kleber entwickelt, der auch unter Wasser größte Haftungseigenschaften entwickelt.

Foto: Tobias Rosenberg/TU Berlin

Licht aktiviert die Haftkraft

„Um diese Muschelproteine herzustellen, benutzen wir Darmbakterien, die wir umprogrammiert haben“, sagt Budisa. „Sie sind unsere Chemiefabrik, mit der wir den Superleim produzieren.“ Die Forscher fügten ein Enzym ein, das aus dem Bakterium Methanocaldococcus jannaschii gewonnen und von den Forschern verändert wurde. Dann fütterten sie das Darmbakterium mit der Aminosäure ONB-DOPA (ortho-Nitrobenzyl-DOPA). Das hüllt die für die starke Klebewirkung verantwortlichen Dihydroxyphenyl-Gruppen ein wie eine Schutzfolie.

Da der Biokleber auch im feuchten Umfeld wirkt, kann er auch bei Knochenbrüchen eingesetzt werden und das Verschrauben ersetzen.

Da der Biokleber auch im feuchten Umfeld wirkt, kann er auch bei Knochenbrüchen eingesetzt werden und das Verschrauben ersetzen.

Foto: TU Berlin

Der Kleber, den die Bakterien auf diese Weise produzieren, kann seine Kraft noch nicht entfalten. Das ändert sich schlagartig, wenn er mit Licht der Wellenlänge 365 Nanometer bestrahlt wird. Denn das zerstört die Schutzfolie.

Bisher ist der reale Muschelkleber auch schon genutzt worden, allerdings nur in seltenen Fällen. Denn aus 10.000 Muscheln lassen sich allenfalls zwei Gramm gewinnen, die sofort verwendet werden müssen, weil der Kleber schnell abbindet. Dazu kommt, dass dieses Material nicht immer die gleichen Eigenschaften hat. Das ist in der Natur durchaus üblich. Der Kleber aus Darmbakterien hat all diese Nachteile nicht. Er lässt sich auf Vorrat produzieren, weil er erst bei der Bestrahlung mit Licht seine Haftwirkung entfaltet.

Forscher aus Berlin und Bayreuth haben den Bioklebstoff mit Hilfe von Bakterien im Labor hergestellt.

Forscher aus Berlin und Bayreuth haben den Bioklebstoff mit Hilfe von Bakterien im Labor hergestellt.

Foto: TU Berlin

Gebrochene Knochen nicht mehr verschrauben

Zwei Wissenschaftler der Arbeitsgruppe um Budisa wollen jetzt ein Unternehmen gründen, um den Klebstoff zu kommerzialisieren. „Diese Strategie bietet neue Wege zur Herstellung von DOPA-basierten Nassklebstoffen für die Anwendung in Industrie und Biomedizin mit dem Potenzial, Knochenchirurgie und Wundheilung zu revolutionieren“, so Christian Schipp und Matthias Hauf.

Mit dem bioverträglichen Muschelkleber sollen Wunden verklebt und komplizierte Brüche behandelt werden. Schrauben und Metallplatten, die bisher in solchen Fällen eingesetzt und später wieder entfernt werden müssen, sind dann überflüssig. Auch in der Dentaltechnik ließe sich der Kleber einsetzen, so die Forscher.

 

Übrigens produzieren nicht nur Miesmuscheln, sondern auch Seepocken einen hervorragenden Unterwasserkleber. Auch dem sind Forscher auf der Spur.

 

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