Dr. Klaus Heinemann
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31.05.2002

Das Ziel des Teilvorhabens 3 war, die Grundlagen für die produktorientierte Verarbeitung von Lösungen biotechnologisch in transgenen Pflanzen gewonnener Spinnenseidenproteine vorzugsweise zu Fäden zu erarbeiten. Dazu mussten Modellproteinlösungen hergestellt, deren Koagulationsverhalten untersucht sowie Spinn- und andere Verarbeitungsexperimente durchgeführt werden. Es liegen umfangreiche Resultate aus Untersuchungen zum Löslichkeits- und Koagulationsverhalten von Seidenproteinen mit Naturseide der Seidenraupe Bombyx mori als natives Modellprotein vor. In 15 der untersuchten wässrigen Lösungsmittelsystemen ließen sich Seidenlösungen mit Proteinkonzentrationen von mehr als 14 Masseprozent herstellen, die auch für Spinn- und andere Verarbeitungsexperimente prinzipiell geeignet waren. Unter Nutzung von Mikrospinnapparaturen, die das Experimentieren mit 23 mm³ bzw. 678 mm³ an Proteinlösung sowie das Variieren wichtiger Technologieparameter erlaubten, ließen sich Spinnexperimente mit Proteinmengen von lediglich bis zu 10 Milligramm realisieren, so dass Untersuchungen zur Verarbeitung von biotechnologisch gewonnenen Spinnenseidenproteinen, von denen nur sehr geringe Proteinmengen zur Verfügung standen, zu Filamenten erfolgen konnten. Einige Spinnexperimente mit dem Naturseidenfibroin und auch mit rekombinanten Seidenproteinen aus den Blättern transgener Tabakpflanzen waren unter speziellen Bedingungen hinsichtlich der Fadenbildung erfolgreich. Die bisher jedoch erzielten Fadeneigenschaften konnten noch nicht zufrieden stellen. Mit ausgewählten Naturseidenproteinlösungen gelang auch die Herstellung von Folien und von Membranen für die Ultrafiltration. Die vorliegenden Erkenntnisse müssen künftig genutzt werden, um die in Folge ungenügender Molekülorientierungen oft noch zu geringen Festigkeiten der erhaltenen Proteinfilamente durch verschiedenste Maßnahmen zur Erhöhung der Koagulationsgeschwindigkeit zu verbessern.

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 mittels Gentechnik in technisch relevanten Dimensionen unter Nutzung der vielfältigen Möglichkeiten der Pflanzenbiotechnologie und des Biofarmings transgener Pflanzen produziert werden. Zur weiteren Verarbeitung dieses neuartigen nachwachsenden Rohstoffes sollen Verformungsverfahren zur Herstellung neuartiger Polymermaterialien als Konstruktions- und Funktionswerkstoffe für die Produktion innovativer Erzeugnisse erprobt werden. Im Teilvorhaben 3 sollen die Grundlagen für die produktorientierte Verarbeitung von Fibrillärproteinen gelegt werden. Hierfür sollen das Löslichkeits- und Koagulationsverhalten biotechnisch hergestellter fibrillärer Proteine sowie Möglichkeiten zur Beeinflussung der Sekundar-, Tertiär und Quartärstruktur der Moleküle untersucht werden. Desweiteren sollen erste produktoientierte Verarbeitungen erprobt und bewertet werden und eine Wirtschaftlichkeitsanalyse durchgeführt werden.