Die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) hat die Einrichtung einer neuen Forschergruppe unter Federführung der Technischen Universität Dresden zum Thema „Nanopatterned Organic Matrices in Biological Silica Mineralization“ bewilligt. Dies teilte die DFG am 6. Dezember 2013 mit. In den Forschergruppen der DFG bearbeiten mehrere Wissenschaftler interdisziplinär und ortsübergreifend in einem engen Arbeitsbündnis gemeinsam eine Forschungsaufgabe.

Das Forschungsprojekt beschäftigt sich mit Kieselalgen (in der Fachsprache Diatomeen genannt). Diese einzelligen, eukaryotischen Mikroorganismen kommen in nahezu allen wässrigen Habitaten vor und gehören zu den wichtigsten biologischen Primärproduzenten in den Weltmeeren. Das wohl beeindruckendste Merkmal der Diatomeen sind die ungewöhnlichen Strukturen ihrer Zellwände. Diese bestehen aus anorganischem Material, SiO2 (Silica), und weisen bei jeder Art spezifische Strukturelemente auf (z. B. Porenmuster), die bis in den Nanometerbereich hinein regelmäßig angeordnet sind. Bei der Biosynthese der Silica-Zellwände bedienen sich die Diatomeen einer genetisch gesteuerten Nano- und Mikrotechnologie, die bisher noch weitgehend unverstanden ist.

Das Ziel der Forschergruppe ist, die Mechanismen aufzuklären, welche der Nano- und Mikrostrukturierung des Diatomeen-Silica (Silica Morphogenese) zugrunde liegen. Dabei baut das Konsortium auf Vorarbeiten auf, in denen bereits einige an der Silica-Morphogenese beteiligte Biomoleküle identifiziert wurden. Es wird erwartet, dass noch zahlreiche weitere, bisher unentdeckte Biomoleküle (vor allem Proteine) bei diesem Prozess eine Rolle spielen. Zudem sind Energetik, Dynamik und Kontrolle der Interaktionen zwischen den Biomolekülen und der Biomoleküle mit dem Silica noch nahezu unerforscht. Diese großen Erkenntnislücken sollen durch die Forschergruppe geschlossen werden. Daher wird zunächst versucht, eine möglichst vollständige Kenntnis der molekularen Bestandteile der Sillica Morphogenesemaschinerie der Diatomeen zu erhalten und vertiefte Einblicke in die Funktion der jeweiligen Bestandteile durch in vitro und in vivo Studien zu erzielen. Mittels computergestützter Modellrechnungen soll dann untersucht werden, wie diese Erkenntnisse in ein mechanistisches Verständnis der Silica-Morphogenese auf dem nanoskopischen bis zum mikroskopischen Größenbereich überführt werden können.

Die Ergebnisse der Forschergruppe könnten einen bedeutenden Fortschritt beim Verständnis der Grundprinzipien biologischer Mineralbildung (Biomineralisation) darstellen. Darüber hinaus könnten diese Erkenntnisse genutzt werden, um biomimetische und biotechnologische Synthesen von neuen funktionellen Materialien zu ermöglichen, die zudem wesentlich ressourcenschonender sein könnten als konventionelle Synthesemethoden.

Das Forschungsprojekt ist fachübergreifend angelegt und verbindet insbesondere Expertisen auf dem Gebiet der Biochemie, der Zellbiologie, bioorganischen und bioanorganischen Chemie, Bionano-Materialwissenschaften und Biophysik sowie Computational Modelling.

Prof. Nils Kröger (Biomimetische Materialien, Zentrum für Innovationskompetenz B CUBE der TU Dresden) sowie Prof. Eike Brunner (Bioanalytische Chemie, TU Dresden) sind Sprecher bzw. Co-Sprecher des Konsortiums, das im Januar 2014 seine Arbeit aufnehmen wird. Des Weiteren sind Prof. Gianaurelio Cuniberti, Dr. Manfred Bobeth und Dr. Rafael Gutiérrez vom Max-Bergmann-Zentrum für Biomaterialien, Dr. Michael Schlierf (AG für Bionanotechnologische Analytik und Manipulation) vom Zentrum für Innovationskompetenz B CUBE der TU Dresden, Prof. Karl-Heinz van Peé (Biochemie) von der TU Dresden, Prof. Armin Geyer (Bioorganische Chemie) von der Philipps-Universität Marburg, Dr. Andrej Shevchenko (AG Massenspektrometrische Analytik von Biomolekülen) vom Max-Planck-Institut für Molekulare Zellbiologie und Genetik in Dresden und Prof. Claudia Steinem (Biomolekulare Chemie) von der Georg-August-Universität Göttingen im Projekt involviert. Die Forscher erhalten in der Förderperiode von zunächst drei Jahren insgesamt ca. 1,7 Mio. Euro.

Informationen für Journalisten:
Prof. Nils Kröger,
ZIK B CUBE der TU Dresden,
Tel.: 0351 463-40359
, www.bcube-dresden.de

Prof. Eike Brunner,
Fachrichtung Chemie und Lebensmittelchemie der TU Dresden,
Tel.: 0351 463-37152,
,
http://www.chm.tu-dresden.de/anc1