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Projekt
Silica Nano- und Mikrostrukturierung an der Membrangrenzfläche in vitro
Antragstellerin
Professorin Dr. Claudia Steinem
Fachliche Zuordnung
Herstellung und Eigenschaften von Funktionsmaterialien
Förderung
Förderung von 2014 bis 2021
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 233120155
In Kieselalgen findet die Silica-Biomineralisierung in hochspezialisierten Organellen, den Silica-bildenden Vesikeln (silica deposition vesicles, SDVs) statt. Es wurde eine Reihe von löslichen (Silaffine, Silacidine, langkettige Polyamine) sowie unlöslichen bioorganischen Molekülen (Chitin, Cinguline) gefunden, die mit Biosilica assoziiert sind, welches im SDV gebildet und dann exozytiert wird. Da jedoch bisher kein Protokoll entwickelt werden konnte, welches es erlaubt, SDVs aus einem Silica-bildenden Organismus zu isolieren, sind die Prozesse, die im SDV ablaufen, sowie die Zusammensetzung der Lipidmembran und ihr Einfluss auf die biologische Silica-Morphogenese noch unklar.Es ist das Ziel dieses Projekts, den Einfluss von Lipiddoppelschichten, welche SDV Membranen nachahmen, auf die Biomolekül-induzierte Silica-Morphogenese zu verstehen. In der letzten Förderphase konnten wir erfolgreich festkörperunterstützte Membranen, bestehend aus komplexen Lipidmischungen, welche Kieselalgen-spezifische Lipide enthielten, etablieren. Mit diesen Membranen waren wir in der Lage, die Wechselwirkung von Cingulinen, im speziellen, Cingulin W2 und Cingulin Y3 sowie von langkettigen Polyaminen zu analysieren. Während die Cinguline nicht an die Membranen binden, wechselwirken langkettige Polyamine mit den Lipiddoppelschichten in einer Weise, dass dreidimensionale Membranstapel gebildet werden. Durch eine systematische Studie in Zusammenarbeit mit Teilprojekt 6 (Geyer) gelang es uns zu zeigen, dass eine minimale Zahl an Aminogruppen (N > 5) notwendig ist, um diese Stapelbildung zu induzieren. In der nächsten Förderperiode werden wir uns auf Silaffine und vor allem auf das SDV- Membran-assoziierte Protein Silicanin-1 (Sin1) fokussieren, welches von Mitgliedern der Forschergruppe 2038 neu identifiziert wurde. Im ersten Teil des Projekts planen wir, vollständiges Sin1 von Thallasiosira pseudonana rekombinant zu exprimieren, zu isolieren und in Membranen zu rekonstituieren. Wir werden die Organisation sowie die Selbst-Aggregationseigenschaften von Membran-gebundenem Sin1 als Funktion des pH Werts mit Hilfe der in der letzten Förderperiode etablierten Membransysteme untersuchen. Zudem werden wir die Silica-Präzipitationseigenschaften in Ab- und Anwesenheit von langkettigen Polyaminen studieren. Um Informationen über die Spezies-Spezifität des Sin1 Proteins zu erhalten, planen wir die membranspezifischen Eigenschaften von Sin1 aus T. pseudonana mit denen aus Cylindrotheca fusiformis zu vergleichen. Im zweiten Teil des Projekts werden wir Silaffin-Derivate, synthetisiert und bereitgestellt durch die Arbeitsgruppe Geyer (SP-6), mit variierenden Ladungsmustern hinsichtlich ihrer Membranbindungs- sowie ihrer Silica-Präzipitationseigenschaften untersuchen. Diese Ergebnisse werden mit denen, welche mit nativem Silaffin 1A1 erhalten werden, verglichen.
DFG-Verfahren
Forschungsgruppen
