Ein biokombinatorischer Ansatz zu enzymatisch aktivierbaren Klebstoffen

• Applicants: Professor Dr. Hans Gerhard Börner; Dr. Damien Faivre
• Subject Area: Preparatory and Physical Chemistry of Polymers
• Term: from 2011 to 2016
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 191420443

Ziel des vorliegenden Projektes ist die Darstellung enzymatisch aktivierbarer Klebstoffe auf der Basis von Peptid-Polymer-Konjugaten. Die durch Enzyme wie z. B. Tyrosinase anschaltbaren Klebesysteme sollen nach Aktivierung auf Metall- bzw. Metalloxidoberflächen adhärieren. Zur Auffindung geeigneter Peptidsequenzen sollen biokombinatorische Verfahren Verwendung finden, wobei das Einsatzgebiet von Phagenbibliotheken für materialwissenschaftliche Fragestellungen erstmals auf Enzym-Substrat-Screening ausgedehnt wird. Inspiriert durch das biologische Klebersystem der marinen Muschel sollen Peptid-Polymer- Konjugate hergestellt werden, die zunächst keine Wechselwirkungen zu Metall- bzw. Metalloxidoberflächen aufweisen (Klebezustand „AUS“). Dabei werden die Peptidsegmente im Biokonjugat so gewählt, dass sie geeignete Substrate für z.B. Tyrosinase sind. Eine enzymatische Umsetzung aktiviert das Klebesystem (Klebezustand „AN“) und initiiert somit starke Wechselwirkungen mit Metall- bzw. Metalloxidoberflächen. Zwar sind muschelinspirierte Kleber auf Polymerbasis schon beschrieben, jedoch ist die Enzymaktivierung als essentieller Schritt zur Regulation des Klebeverhaltens bis dato nicht umgesetzt. Dies liegt vor allem daran, dass es sich bei der Tyrosinase um ein sehr spezifisch arbeitendes Enzym handelt und ein Design geeigneter höhermolekularer synthetischer Substrate noch nicht gelungen ist. Daher soll im vorliegenden Projekt der Einsatz biokombinatorischer Methoden zur Auffindung geeigneter Peptidsequenzen erfolgen. Phagenbibliotheken werden damit nach derzeitigem Kenntnisstand erstmals für materialwissenschaftliche Zwecke zur Such nach Enzymsubstraten verwendet. Das vorliegende Projekt strebt demnach nicht nur die Darstellung bzw. Funktionsuntersuchung enzymaktivierbarer Klebstoffsysteme an, um das Grundlagenverständnis von biologischen Klebersystemen zu verbessern. Vielmehr soll das Einsatzgebiet von Phagenbibliotheken als eine der wichtigsten biokombinatorischen Screeningmethoden auf die Suche nach funktionalen Enzymsubstraten erweitert werden. Eine erfolgreiche Umsetzung eröffnet neue Möglichkeiten sowohl für materialwissenschaftliche, als auch für biomedizinische Zwecke. Das Auffinden geeigneter Enzymsubstrate für Kinasen (spezifische Phosphorylierung) oder Proteasen (selektives Scheiden) könnte mittelfristig die Vertiefung von Grundlagen über die Funktionsweise komplexer Enzymsysteme erlauben. Im materialwissenschaftlichen Bereich -„Soft-Matter“- erscheint mit diesem Ansatz die Realisierung präziser Regulationsmechanismen möglich.

• DFG Programme: Research Grants
• Major Instrumentation: Quarz-Mikro Waage