Bioklebstoffe und Funktionelle Genomik in Plattwürmern

Klebstoffe werde heutzutage in vielen Bereichen der Industrie und Medizin verwendet. Klebstoffe in der Medizin werden u.a. für Implantate, als Gewebekleber, in der Zahnmedizin und für Wundverschlüsse eingesetzt. Diese Klebstoffe sind nicht biokompatibel und können giftige Substanzen in den Köper entlassen und Hautschäden, allergische Reaktionen und Atmungsprobleme verursachen. Daher ist die Biokompatibilität von Klebstoffen eine kritische Eigenschaft in der Entwicklung neuer medizinischer Kleber. Neue biomimetische Klebstoffe die auf natürliche Kleber von Pflanzen oder Tieren basieren sind daher von großer Wichtigkeit. Die meisten Organismen produzieren jedoch nur kleine Mengen an Klebstoffen die dadurch schwer zu identifizieren und analysieren sind. Darüber hinaus sind diese Organismen keine Modellsysteme die entsprechende detaillierte Untersuchungen erlauben würden. Im vorgeschlagenen Projekt ist es das Ziel Moleküle zu identifizieren die für die Anheftung und Loslösung des Plattwurmes Macrostomum lignano eine zentrale Rolle spielen. M. lignano eignet sich besonders für die Forschungen an neuen Klebsoffen. Die Tiere besitzen ein Zwei-Drüsen-Klebesystem das es den Tieren erlaubt sich im Meerwasser sehr schnell anzuheften und wieder loszulassen. Für M. lignano haben wir eine wichtige Sammlung von Methoden entwickelt die es erlauben das Klebesystem zu untersuchen. Darüber hinaus haben wir uns eine hervorragende Kenntnis der Morphologie der Schwanzplatte, dem Sitz des Zwei-Drüsen-Klebesystems, erarbeitet. Im vorgeschlagenen Projekt wird die Anzahl der Gene die für die Anheftung und Loslösung eine Rolle spielen können graduell eingeengt. Zuerst werden wir ein Schwanzplatten-spezifisches Transkriptom erstellt und dann wird die Expression dieser Gene untersucht. Im nächsten Schritt werden diese Gene mit RNA Interferenz ausgeschaltet um ihre Funktion zu festzustellen. Von den entsprechenden Genen werden Proteine hergestellt und polykonale Antikörper produziert um die Proteine von M. lignano zu isolieren. Mit Massenspektrometrie werden anschließend Modifikationen dieser Proteine untersucht. Darüber hinaus werden Lectinfärbungen durchgeführt um Kohlenhydrat Komponenten im Klebesystem nachzuweisen. In einem Pilotversuch habe wir die Expression von 50 Genen untersucht. Wir konnten fünf Gene identifizieren die im Zwei-Drüsen-Klebesystem eine Rolle spielen dürften. Ein Gen davon, das für Intermediär-Filamente codiert, haben wir mit RNAi ausgeschaltet wodurch die Tiere sich nicht mehr anheften konnten. Ultrastrukturelle Untersuchungen zeigten, daß das Zytoskelett dieser Zellen stark modifiziert ist. Mit diesem funktionellen Genomik Ansatz ist dieses Projekt in vorderster Reihe auf dem Gebiet der Erforschung von Bioklebstoffen. Wir verbinden die Vorteile der Biologie der Tiere und deren besonderen Klebe-Loslasssystems mit den entwickelten Methode für M. lignano und der Expertise internationale Kooperationspartner um in Zukunft neuartige Klebstoffe basierend auf dem M. lignano Anheftungs-Loslass-Mechanismus entwickeln zu können.

Klebstoffe, die vom Menschen produziert werde finden breite Verwendung in unserem Leben, unter anderem in der Medizin und in der Industrie. Diese Kleber beinhalten jedoch toxische und karzinogene Komponenten. Im Gegensatz dazu sind biologische Klebstoffe von Tieren nicht toxisch, gewebekompatibel, und funktionieren unter feuchten oder nassen Bedingungen. Über die Klebemechanismen von Tieren ist jedoch nur sehr wenig bekannt. In diesem Projekt war es das Ziel, die Funktionsweise der Klebe- und Loslass-Moleküle vom Plattwurm Macrostomum lignano aufzuklären. Macrostomum lignano besitzt ein Zwei-Drüsen Klebesystem mit dem sich die Tiere an jeder beliebigen Oberfläche im Meerwasser festhalten und wieder loslassen kann. Dieses Klebesystem besteht aus 130 Klebeorganen. Jedes dieser Klebeorgane besteht aus drei Zellen: eine Klebedrüse, einer Loslassdrüse und einer Stützzelle, genannt Ankerzelle. Wir haben die Morphologie der Klebeorgane im Detail beschrieben und die involvierten Proteine mit modernsten zell- und molekularbiologischen Methoden identifiziert. Die gewonnenen Daten erlauben es, eine erste Beschreibung der Mechanismen die bei der Anheftung und dem Loslassen eine Rolle spielen, abzugeben. Zukünftige Arbeiten sollen es ermöglichen, einen Macrostomum-basierten Klebstoff zu entwickeln, der in der Biomedizin oder in der Industrie eingesetzt werden kann.