S-Schichtproteine - Antifouling Eigenschaften


Das zentrale Ziel dieses Forschungsprojektes ist die Erforschung der Anti-fouling- und Strömungseigenschaften von S-Schichten. Bakterielle S(surface)-Schichten sind geordnete Proteinschichten, welche die äußerste Zellwandkomponente bei vielen Bakterien und Archaea bilden.

S-Schichten erfüllen für die Bakterienzelle verschiedene biologische Funktionen, wobei allen die vollständige Bedeckung und die regelmäßige Wiederholung der Oberflächeneigenschaften (Topographie und (bio)chemische Funktionalisierung) zu Grunde liegen. In diesem Zusammenhang sind auch die außergewöhnlichen Anti-fouling Eigenschaften von S-Schichten zu nennen, die in TEM-Aufnahmen von Gefrierätzpräparationen deutlich werden. Außerdem darf angenommen werden, dass S-Schichten auch den Strömungswiderstand von Bakterienzellen reduzieren und somit die Mobilität der durch Geißeln angetriebenen Bakterienzellen erhöhen.

Für beide Phänomene wird als Arbeitshypothese die Modifikation der Struktur des an die S-Schicht gebundenen Wasers angenommen und untersucht werden. Die gewonnen Erkenntnisse werden durch Computersimulationen ergänzt. Das vorliegende Projekt ist der Grundlagenforschung zur Strömungsmechanik an geordneten molekularen Strukturen, im spezielle Fall am Beispiel von S-Schichten, zuzuordnen. Die Ergebnisse könnten aber auch für neue Entwicklungen von biokompatiblen, selbstreinigenden Oberflächen in der medizinischen Sensorik (micro Total Analysis Systems (uTAS)), (Bio)sensoren, High-Throuput Screening (HTS) Systemen für die DNA Analyse oder dem Ink-Jet Drucken komplexer Flüssigkeiten entscheidend sein.

Dieses Forschungsvorhaben wird z.T. durch das Air Force Office of Scientific Research (AFOSR), Washington, DC, USA, Agreement Award Nr. FA9550-15-1-0459 gefördert.

Referenz

Breitwieser, A.; Iturri, J.; Toca-Herrera, J.-L.; Sleytr, B.U.; Pum, D. In Vitro Characterization of the Two-Stage Non-Classical Reassembly Pathway of S-Layers. International Journal of Molecular Sciences 2017, 18.

Iturri, J., Vianna, A.C.,Moreno-Cencerrado, A., Pum, D., Sleytr, U.B., Toca-Herrera, J.L. 2017. Impact of surface wettability on S-layer recrystallization: a real-time characterization by QCM-D. Beilstein J. Nanotechnol. 8:91–98.