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Bisherige Ansätze zur Herstellung von Hybridmaterialien
gingen von sehr spezifischen Verknüpfungen aus, die für spezielle
Proteinseitengruppen ausgelegt waren. Die neue Methode der
Berkeley-Forscher ist dagegen breit anwendbar, da sie sich im Prinzip
für jedes Protein eignet. Denn die Verknüpfung erfolgt über die beiden
Endgruppen der Proteinkette - und die sind bei jedem Protein die
gleichen: eine Amino- und eine Carbonsäurefunktion. In zwei parallel,
aber voneinander unabhängig ablaufenden ("orthogonalen") Reaktionen
werden diese beiden Kettenenden zunächst aktiviert. Anschließend
werden sie an spezielle chemische "Ankerstellen" des Polymers
geknüpft. So sorgen die Proteine für eine Quervernetzung der einzelnen
Polymerketten zu einem dreidimensionalen Netzwerk unter Bildung eines
so genannten Hydrogels. Ein Hydrogel ist eine feste, gallertartige
Masse, in deren polymerem Netzwerk Wasser eingelagert ist. Ein
bekanntes Beispiel für ein Hydrogel sind weiche Kontaktlinsen. Anhand
solcher Beispiele zeigt die Forschung, wie unser tägliches Leben
verbessert werden kann.
Francis und Esser-Kahn wählten ein grün fluoreszierendes Protein zur Vernetzung der Polymerketten. Da das Protein auch nach der Verknüpfung mit dem Kunststoff in seinem normalen Faltungszustand vorliegt, bleibt auch seine Fluoreszenz erhalten: Das ganze Gel fluoresziert grün. Das Besondere an diesem neuen Hybridmaterial: Die Quervernetzungen der Polymerstränge werden ausschließlich durch Proteine geknüpft. Da das Protein durch Proteasen, proteinauflösende
Enzyme, angegriffen wird, ist ein solches Gel rasch biologisch abbaubar. Die grüne Fluoreszenz des Proteins ist pH-abhängig. Auch das Gel reagiert entsprechend auf eine pH-Änderung: Es fluoresziert nur im basischen Bereich, nicht jedoch im leicht sauren Milieu. Auch eine Temperaturerhöhung löst eine Antwort des Gels aus: Das Protein denaturiert bei etwa 70 °C, die Fluoreszenz geht dabei verloren, und das Gel beginnt zu schrumpfen.
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