SPP 1117:  Principles of Biomineralization

• Subject Area: Chemistry ; Biology ; Materials Science and Engineering ; Medicine ; Physics
• Term: from 2001 to 2007
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 5471129

The term biomineralization characterizes the formation of inorganic solids by living organisms, a most fascinating phenomenon joining together the living world with the realm of allegedly dead inorganic solids. Biominerals have a variety of biological functions, which rely on a hierarchical structuring of bioorganic-inorganic composites on several length scales from the Angstrom to the cm scale. The synthesis of such complex materials is out of scope for today¿s synthetic solid-state chemistry, and before bio-inspired materialssynthesis procedures can be developed successfully, the natural phenomenon of biomineralization has to be understood in detail. In this sense, the aim of the priority programme is the elucidation of the basic processes of biomineralization through the cooperative work of research groups working in Biochemistry and Biology as well as in Inorganic and Analytical Chemistry and associated fields.The research within the programme is performed on the three substance classes calcium carbonate, silicon dioxide and apatite. Important problems are related to the structure of the molecular biochemical matrix and to its genetically controlled formation, to the biological transport of inorganic precursor species, to the nucleation of inorganic solids on biological matrices, to the biologically controlled growth of inorganic solids, to the biologicallycontrolled formation of hierarchically ordered aggregates as well as to the structure and the functions of the bioorganic-inorganic composite material. Purely biological studies with regard to the function of biominerals are not within the scope of the programme, when they do not show clear relations to the hierarchical structures of the inorganic solids and their formation processes. In a similar sense, synthetic model systems which try to imitate special aspectsof biomineralization processes ex vivo have to adhere strictly to the biological systems and must consider the information which is already available on these processes.

• DFG Programme: Priority Programmes

Projects

• Bildung hochmolekularer silikatischer Verbindungen in Pflanzen (Applicant Neumann, Dieter )
• Bildung hochmolekularer silikatischer Verbindungen in Pflanzen (Applicant Schwieger, Wilhelm )
• Biomineralisation von Siliciumdioxid in Schwämmen: Untersuchungen am biogenen Produkt und zur Funktion des Silicateins (Applicant Behrens, Peter )
• Biomineralization in siliceous sponges: Isolation, cDNA sequencing, expression and characterization of the SiO2-synthesizing and degrading enzymes (Applicant Schröder, Heinz C. )
• Characterisation of biogenic calcium carbonate and its crystallisation under biomimetic conditions in vitro (Applicant Epple, Matthias )
• Charakterisierung, Transport und Deposition von Silica-Polymeren in ausgewählten monocotyledonen und dicotyledonen Holzgewächsen (Applicant Schmitt, Uwe )
• Chemische und zellbiologische Steuerung der in vitro-Remodellierung von Hydroxylapatit (Applicant Pompe, Wolfgang )
• Chemische und zellbiologische Steuerung der in vitro-Remodellierung von Hydroxylapatit (Applicant Rösen-Wolff, Angela )
• Dentinogenese als Modell für Biomineralisationsprozesse (Applicant Reichenmiller, Katharina )
• Der Einfluß kollagener und nicht-kollagener Proteine der extrazellulären Knochenmatrix auf die Biomineralisation des humanen Knochens (Applicant Schultz, Michael )
• Die Biomineralisation von Silikaten in zwei Gramineenarten unter definierten Wachstumsbedingungen (Applicant Marx, Günter )
• Die Biomineralisation von Silikaten in zwei Gramineenarten unter definierten Wachstumsbedingungen im Vergleich zu einer gering akkumulierenden Leguminose (Applicant 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 (Applicant Felsche, Jürgen )
• In vitro: Induzierte Keimbildung und Reifung anorganischer "Apatitischer Biominerale" an einer definierten organischen Matrix (Applicant Plate, Ulrich )
• Inhibitors of unwanted calcification in serum: Fetuins (Applicant Jahnen-Dechent, Wilhelm )
• Investigation of the formation of CaCO3 particles in aqueous solution as studied by time-resolved SAXS/WAXS (Applicant Ballauff, Matthias )
• Isolierung und Charakterisierung von Komponenten der organischen Schalenmatrix der Schnecke Biomphalaria glabrata (Pulmonata, Basommatophora) (Applicant Becker, Wilhelm )
• Koordinationsfonds im Rahmen des Schwerpunktprogramms "Prinzipien der Biomineralisation" (Applicant Behrens, Peter )
• Kristallisierung und Lokalisierung von Perlucin - ein Hauptproblem im Polymer/Mineral-Verbundmaterial. Perlmutt der Seewasserschnecke Haliotis laevigata (Applicant 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 (Applicant Gies, Hermann )
• Mechanismus der Morphogenese und mikroskopische Struktur von Apatit-Gelatine-Kompositen (Applicant Kniep, Rüdiger )
• Mineralisation modifizierter Kollagen I-Template mit Calciumphosphatphasen (Applicant Worch, Hartmut )
• Mineralisierung von Calciumcarbonat und Calciumphosphat in Gegenwart organischer Moleküle - die Struktur organisch-anorganischer Composite (Applicant Schwahn, Dietmar )
• Mineralization of CaCO³ and SiO² within functionalized hydrogel networks emulating natural matrices (Applicant Löbmann, Peer )
• Model Studies on the Function of Acidic Proteins in Biomineralization (Applicant Volkmer, Dirk )
• Model Studies on the Function of Acidic Proteins in Biomineralization (Applicant Sewald, Norbert )
• Modellierung und Simulation der Morphogenese von Apatiten in Gegenwart von Biomolekülen (Applicant Brickmann, Jürgen )
• Modelling the biomineralisation processes which form calcite coccoliths (Applicant Powell, Annie )
• Nano-Architektur und Mineralisation der amorphen Calciumcarbonat-Reservoire terrestrischer Isopoden (Applicant Ziegler, Ph.D., Andreas )
• NMR studies of the structure of precipitated calcium phosphates and carbonates and minral-protein interactions (Applicant Jäger, Christian )
• Oszillatorische Biomineralisation in Mollusken (Applicant Bismayer, Ulrich )
• Prinzipien der Biomineralisation: Kristallisation von Calciumcarbonat an templatbeschichteten Oberflächen (Applicant Tremel, Wolfgang )
• Retrosynthese von Biomineralien über mesoskopische Transformation von amorphen Precursorpartikeln in natürlichen organischen Matrizen (Applicant Cölfen, Helmut )
• Siliciumdioxid-Biomineralisation: Modellstudien zum Transpoerung von Siliciumdioxid-Biomineralen sowie Modellstudien zum Siliciumtransport (Applicant Tacke, Reinhold )
• Streng biomimetische Modellsysteme für die Biomineralisation von Siliciumdioxid (Applicant Menzel, Henning )
• The Structural and Chemical Role of Fetuin-A in Biomineralization (Applicant Heiß, Wolf-Alexander )
• Transport und Keimbildung von Mineralbausteinen durch Kohlenhydrate (Applicant Klüfers, Peter )
• Truly biomimetic model systems for the biomineralization of silica (Applicant Behrens, Peter )
• Untersuchung der Biomineralisation bei der Salzwasserschnecke Haliotis laevigata mittels biomimetischer Kristallisation von amorphem Calciumcarbonat (Applicant Wolf, Gert )
• Untersuchung der Nukleation und Strukturbildung von apatitischem Biomineral in zweidimensionalen und dreidimensionalen Osteoblastenzellkulturen sowie deren Beeinflussbarkeit durch mechanische Stimulation (Applicant Wiesmann, Hans-Peter )
• Untersuchungen der Biomineralisation von SiO2 (Applicant Gerber, Thomas )
• Untersuchungen zur Mineralisation von CaCO3 in nach biologischem Vorbild künstlich funktionalisierten Hydrogelmatrices (Applicant Putnis, Andrew )
• Untersuchungen zur Mineralisation von CaCO3 in nach biologischem Vorbild künstlich funktionalisierten Hydrogelmatrices (Applicant Sextl, Gerhard )

• Spokesperson: Professor Dr. Peter Behrens (†)