SPP 1117:  Prinzipien der Biomineralisation

• Fachliche Zuordnung: Chemie ; Biologie ; Materialwissenschaft und Werkstofftechnik ; Medizin ; Physik
• Förderung: Förderung von 2001 bis 2007
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 5471129

Der Begriff Biomineralisation beinhaltet die Bildung anorganischerFestkörper durch Lebewesen, ein faszinierender Vorgang, der die belebte Natur mit dem Reich der vermeintlich unbelebten anorganischen Festkörper verbindet. Biominerale haben eine Vielzahl unterschiedlicher biologischer Funktionen, die auf der hierarchischen Strukturierung bioorganisch-anorganischer Composite aufverschiedenen Längenskalen vom Angstrom bis zum Zentimeter beruhen. Die Synthese solch komplexer Materialien ist mit den heutigen Mitteln der synthetischen Festkörperchemie nicht möglich, und bevor bio-inspirierte Materialsynthesen erfolgreich entwickelt werden können, müssen die in der Natur ablaufenden Vorgänge wohl verstanden sein. In diesem Sinne liegt das Ziel des Schwerpunktsprogramms in der Aufklärung der grundlegenden Prozesse der Biomineralisation durch die gemeinsame Arbeit von biologisch und biochemisch ausgerichteten Arbeitsgruppen mit Gruppen aus dem Bereich der Anorganischen undder Analytischen Chemie sowie aus anderen beteiligten Gebieten.Die Untersuchungen erfolgen beispielhaft an den drei StoffklassenCalciumcarbonat, Siliciumdioxid und Apatit. Wesentliche Fragestellungen betreffen den Aufbau der molekularen biochemischen Matrix und ihrer genetisch kontrollierten Bildung, den biologischen Transport anorganischer Precursor-Species, die Keimbildung anorganischer Festkörper auf biologischen Matrices, das biologisch kontrollierte Wachstum anorganischer Festkörper, die biologisch kontrollierte Ausbildung hierarchisch geordneter Aggregate sowie dieStrukturen und die Funktionen des bioorganisch-anorganischen Composits. Rein biologische Studien zur Funktion von Biomineralen gehören nicht zum Umfang des Förderprogramms, sofern sie nicht deutliche Bezüge zu den hierarchischen Strukturen der anorganischen Festkörper und zu ihren Bildungsprozessen aufweisen. Ebenso müssen synthetische Modellsysteme, die versuchen, Teilaspekte der Biomineralisationsprozesse ex vivo nachzuvollziehen, sich eng an diebiologischen Systeme anlehnen und die an ihnen gewonnenen Kenntnisseberücksichtigen.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme

Projekte

• Analyse des frühen Stadiums der Biomineralisation mit Hilfe der zeitaufgelösten Röntgenkleinwinkelstreuung (Antragsteller Ballauff, Matthias )
• Bildung hochmolekularer silikatischer Verbindungen in Pflanzen (Antragsteller Neumann, Dieter )
• Bildung hochmolekularer silikatischer Verbindungen in Pflanzen (Antragsteller Schwieger, Wilhelm )
• Biologische und zelluläre Rolle von Fetuinen in der Biomineralisation (Antragsteller Jahnen-Dechent, Wilhelm )
• Biomineralisation in Kieselschwämmen: Expression und funktionelle Charakterisierung des Kieselsäuretransporters und der Silica-synthetisierenden/abbauenden Enzyme (Antragsteller Schröder, Heinz C. )
• Biomineralisation von Siliciumdioxid in Schwämmen: Untersuchungen am biogenen Produkt und zur Funktion des Silicateins (Antragsteller Behrens, Peter )
• Characterisation of biogenic calcium carbonate and its crystallisation under biomimetic conditions in vitro (Antragsteller Epple, Matthias )
• Charakterisierung, Transport und Deposition von Silica-Polymeren in ausgewählten monocotyledonen und dicotyledonen Holzgewächsen (Antragsteller Schmitt, Uwe )
• Chemische und zellbiologische Steuerung der in vitro-Remodellierung von Hydroxylapatit (Antragsteller Pompe, Wolfgang )
• Chemische und zellbiologische Steuerung der in vitro-Remodellierung von Hydroxylapatit (Antragstellerin Rösen-Wolff, Angela )
• Dentinogenese als Modell für Biomineralisationsprozesse (Antragstellerin Reichenmiller, Katharina )
• Der Einfluß kollagener und nicht-kollagener Proteine der extrazellulären Knochenmatrix auf die Biomineralisation des humanen Knochens (Antragsteller Schultz, Michael )
• Die Biomineralisation von Silikaten in zwei Gramineenarten unter definierten Wachstumsbedingungen (Antragsteller Marx, Günter )
• Die Biomineralisation von Silikaten in zwei Gramineenarten unter definierten Wachstumsbedingungen im Vergleich zu einer gering akkumulierenden Leguminose (Antragsteller Wienhaus, Otto )
• Festkörperanalytische Untersuchungen und biomimetische Synthesen zu den Vertretern der Poaceae-Biokomposite Bambus und Dinkel - Grundlagenwissenschaftliche Untersuchungen zur Konzeption eines neuartigen Massenverbundwerkstoffes der Zukunft hergestellt aus Biomasse und Kieselstein (Antragsteller Felsche, Jürgen )
• In vitro: Induzierte Keimbildung und Reifung anorganischer "Apatitischer Biominerale" an einer definierten organischen Matrix (Antragsteller Plate, Ulrich )
• Isolierung und Charakterisierung von Komponenten der organischen Schalenmatrix der Schnecke Biomphalaria glabrata (Pulmonata, Basommatophora) (Antragsteller Becker, Wilhelm )
• Koordinationsfonds im Rahmen des Schwerpunktprogramms "Prinzipien der Biomineralisation" (Antragsteller Behrens, Peter )
• Kristallisierung und Lokalisierung von Perlucin - ein Hauptproblem im Polymer/Mineral-Verbundmaterial. Perlmutt der Seewasserschnecke Haliotis laevigata (Antragstellerin Fritz, Monika )
• Kristallographische Untersuchungen der Kristallstruktur, des hierarchischen Aufbaus, der Textur und Morphologie von ausgewählten biomineralisierten Calciten und Aragoniten von Invertebraten sowie ihrer Wechselwirkung mit der organischen Matrix (Antragsteller Gies, Hermann )
• Mechanismus der Morphogenese und mikroskopische Struktur von Apatit-Gelatine-Kompositen (Antragsteller Kniep, Rüdiger )
• Mineralisation modifizierter Kollagen I-Template mit Calciumphosphatphasen (Antragsteller Worch, Hartmut )
• Mineralisierung von Calciumcarbonat und Calciumphosphat in Gegenwart organischer Moleküle - die Struktur organisch-anorganischer Composite (Antragsteller Schwahn, Dietmar )
• Model Studies on the Function of Acidic Proteins in Biomineralization (Antragsteller Volkmer, Dirk )
• Model Studies on the Function of Acidic Proteins in Biomineralization (Antragsteller Sewald, Norbert )
• Modellierung und Simulation der Morphogenese von Apatiten in Gegenwart von Biomolekülen (Antragsteller Brickmann, Jürgen )
• Modelling the biomineralisation processes which form calcite coccoliths (Antragstellerin Powell, Annie )
• Nano-Architektur und Mineralisation der amorphen Calciumcarbonat-Reservoire terrestrischer Isopoden (Antragsteller Ziegler, Ph.D., Andreas )
• NMR studies of the structure of precipitated calcium phosphates and carbonates and minral-protein interactions (Antragsteller Jäger, Christian )
• Oszillatorische Biomineralisation in Mollusken (Antragsteller Bismayer, Ulrich )
• Prinzipien der Biomineralisation: Kristallisation von Calciumcarbonat an templatbeschichteten Oberflächen (Antragsteller Tremel, Wolfgang )
• Retrosynthese von Biomineralien über mesoskopische Transformation von amorphen Precursorpartikeln in natürlichen organischen Matrizen (Antragsteller Cölfen, Helmut )
• Siliciumdioxid-Biomineralisation: Modellstudien zum Transpoerung von Siliciumdioxid-Biomineralen sowie Modellstudien zum Siliciumtransport (Antragsteller Tacke, Reinhold )
• Streng biomimetische Modellsysteme für die Biomineralisation von Siliciumdioxid (Antragsteller Behrens, Peter )
• Streng biomimetische Modellsysteme für die Biomineralisation von Siliciumdioxid (Antragsteller Menzel, Henning )
• The Structural and Chemical Role of Fetuin-A in Biomineralization (Antragsteller Heiß, Wolf-Alexander )
• Transport und Keimbildung von Mineralbausteinen durch Kohlenhydrate (Antragsteller Klüfers, Peter )
• Untersuchung der Biomineralisation bei der Salzwasserschnecke Haliotis laevigata mittels biomimetischer Kristallisation von amorphem Calciumcarbonat (Antragsteller Wolf, Gert )
• Untersuchung der Nukleation und Strukturbildung von apatitischem Biomineral in zweidimensionalen und dreidimensionalen Osteoblastenzellkulturen sowie deren Beeinflussbarkeit durch mechanische Stimulation (Antragsteller Wiesmann, Hans-Peter )
• Untersuchungen der Biomineralisation von SiO2 (Antragsteller Gerber, Thomas )
• Untersuchungen zur Mineralisation von CaCO3 in nach biologischem Vorbild künstlich funktionalisierten Hydrogelmatrices (Antragsteller Löbmann, Peer )
• Untersuchungen zur Mineralisation von CaCO3 in nach biologischem Vorbild künstlich funktionalisierten Hydrogelmatrices (Antragsteller Putnis, Andrew )
• Untersuchungen zur Mineralisation von CaCO3 in nach biologischem Vorbild künstlich funktionalisierten Hydrogelmatrices (Antragsteller Sextl, Gerhard )

• Sprecher: Professor Dr. Peter Behrens (†)