Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe Ein Projektträger des Bundesministeriums für Ernährung und Landwirtschaft

 

Projektverzeichnis - Details

Verbundvorhaben: Neuartige Konstruktions- und Funktionswerkstoffe aus gentechnisch synthetisierten und durch Biofarming hergestellten fibrillären Proteinen: Teilvorhaben 1: Assemblierung und Expression synthetischer Gene für fibrilläre Proteine

Anschrift
Leibniz-Institut für Alternsforschung - Fritz-Lipmann-Institut e. V. (FLI)) - Abt. Biochemie
Beutenbergstr. 11
07745 Jena
Kontakt
Prof. Dr. Frank Große
Tel: +49 3641 656-291
E-Mail: fgrosse@imb-jena.de
FKZ
22004998
Anfang
01.06.1999
Ende
31.08.2002
Ergebnisdarstellung
Das Rahmen des Teilvorhabens 1 wurden Arbeiten zur molekulargenetischen und biochemischen Charakterisierung der Seidengene sowie die Konstruktion synthetischer Gene für fibrilläre Proteine durchgeführt. Die Aufklärung der vollständigen Frequenzen der Gene für die in der großen Ampullendrüse von Nephila clavipes gebildeten Tragfadenproteine wurden in den Mittelpunkt der Arbeiten gestellt wurden. Es wurden Transkripte des Tragfadens von Nephila claviceps mit Größen von über 10 bis 18 kbp identifiziert. Die in den Spinndrüsen vorliegenden Proteine weisen Molmassen von mehr als 250 kDa auf und erreichen vermutlich nicht Werte über 350 kDa. Die hochmolekularen Banden konnten nicht N-terminal sequenziert und zwischen ihnen in Aminosäureanalysen keine Unterschiede festgestellt werden. Diese Befunde bestätigen, dass der Tragfaden von N. clavipes vermutlich in der Hauptsache aus dem Protein SPD1_NEPCL besteht. Es wurde eine Reihe von Genkasetten hergestellt, die zu synthetischen Genen zusammengesetzt werden können, welche die schwere Fribroinkette (hFib) von Bombyx mori, das Tragfadenprotein 1 (SPD1_NEPCL, Sp1) und das hypothetische Tragfadenprotein 2 (SPD2_NEPCL, Sp2) kodieren. Durch Polymerisation konnten Gene von bis zu 8 kbp erzeugt werden. Die Expressionsraten für die Spinnenseidengene nahmen mit zunehmender Größe ab. Unter Berücksichtigung aller Daten wurde die Hypothese aufgestellt, dass die verschiedenen Banden in SDS-Gelen von Seidenproteinpräparationen auf das Vorliegen von verschiedenen stabilen Faltungsformen zurückzuführen sein könnten. Die C-Termini sind wegen ihrer infolge der Tag-Fusion abweichenden Struktur nicht in diese Faltung einbezogen und bleiben daher für Antikörper zugänglich. Der N-terminal fusionierte Hämagglutinin-Tag weist gewisse Analogie zu Seidenproteinsequenzen auf und wird somit in die Faltung einbezogen, wodurch er nicht mehr von Antikörpern erkannt werden kann und auch der N-terminalen Sequenzierung nicht mehr zugänglich ist.
Aufgabenbeschreibung
Im Rahmen des Verbundvorhabens soll die Biosynthese von maßgeschneiderten Proteinen auf der Basis der Primärstruktur nativer Seidenfibroine in transgenen Pflanzen etabliert werden. Dabei sollen die Proteinsequenzen durch ein rationales Design gezielt modifiziert werden und unter Nutzung der vielfältigen Möglichkeiten der Pflanzenbiotechnologie und des Biofarmings transgener Pflanzen in technisch relevanten Dimensionen produziert werden. Zur weiteren Verarbeitung dieses neuartigen nachwachsenden Rohstoffes sollen Verformungsverfahren zur Herstellung von Polymermaterialien als Konstruktions- und Funktionswerkstoffe für die Produktion innovativer Erzeugnisse erprobt werden. Im Teilvorhaben 1 sind Arbeiten zur Charakterisierung des Fibroingens aus Bombyx mori vorgesehen. Daneben werden aber auch die Seidenproteine anderer Tiere in die Studien einbezogen, um möglichst umfangreiche Kenntnisse über die Primärstruktur und die Eigenschaften entsprechender Seiden zu gewinnen.

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