Chitin-Biosynthese in Algen – Ingrid Weiss & Jan Ludwig

00:00:03: Mir ging Übersitzen Ingrid Weiß und Jan Ludwig vom Institut für Biomaterialien.

00:00:09: Wir wollen heute reden über Chitin, weil an Stuttgart gab es das große Forschungsprojekt Chitinfluid – ihr Institut ist beteiligt!

00:00:19: Was war die Aufgabe der Biomaterialeforscher?

00:00:24: Unsere wichtigste Aufgabe bei diesem Projekt ist die Grundlagen der Chitini-Biosyntese in den Organismen aufzuklären.

00:00:33: Und wie geht man daran?

00:00:34: Was ist Chitin überhaupt?

00:00:37: Chitine ist ein Biopolymer, ein nachwachsender Rohstoff.

00:00:41: also von daher interessant jetzt auch natürlich für die Technologie mittlerweile

00:00:45: und

00:00:46: es ist leider immer noch nicht hundertprozent gelungen aufzukklären wie genau dieser Biosynthesemechanismus gesteuert wird zum Beispiel in Muscheln oder Schnecken.

00:00:56: Das sind ja auch für sich sehr einfache Organismen jetzt, für unser Verständnis.

00:01:02: Aber sie sind relativ komplex im Vergleich zu Algen und wir haben uns in diesem Projekt speziell auf die Ketin-Biosyntese in Algen spezialisiert weil es tatsächlich darum ging zu quantifizieren mit welcher Geschwindigkeit Organismen synthetisiert wird.

00:01:28: Also Jan, das Stichwort viel Algen...

00:01:31: Genau!

00:01:32: Also Algen hätte ich nie mit Chitin in Zusammenhang gebracht?

00:01:36: Ja, das hätt' ich am Anfang auch nicht.

00:01:39: Das war für mich auch ziemlich Neues, dass die Algen das auch machen weil Chitins kennt man ja eher so von Insekten aus Insekte-Panzern vielleicht.

00:01:48: wenn man sich noch ein bisschen besser auskennen weiß man es ist auch in vielen Pilzen drin ist.

00:01:53: Und was die Algen so besonders macht, ist dass sie ein ziemlich reines Chitin produzieren.

00:01:59: Das Tolle bei den Algen sind diese Chitinfäden während ihrer Zellteilung hier bei unseren Algen.

00:02:07: Und diese Fäden sind dann sogar über Lichtmikroskopie einfach beobachtbar.

00:02:12: Man muss jetzt nicht irgendwie special ans Elektronen-Mikroskope gehen, sondern man kann das einfach sogar mit dem bloßen Auge erkennen.

00:02:20: Also hier ging es jetzt um die Fragestellung wie machen die das?

00:02:23: Kann man das beeinflussen und kann man's beeinflussend?

00:02:26: Ja offensichtlich kann man das Beeinflussen was ich ziemlich unerwartet war.

00:02:32: Weil zum Beispiel hatten wir bestimmte Modulatoren entwickeln lassen von der Chemie, von der organischen Chemie.

00:02:38: Und gängigerweise werden die benutzt um bestimmte Kohlenhydratprozessierende Enzyme zu beeinflussen und meistens sind sie halt dazu da dass diese Modulaturen, diese Kohlenhydratt beeinflussenden Enzymen inhibieren also im Prinzip hemmen.

00:02:53: und in unserem Fall war es dann halt so das diese Moleküle dieser Imminozucker was wir hatten haben dann aber irgendwie diese Chitin-Synthese beschleunigt.

00:03:02: Also man hat am Schluss längere Fäden erhalten und das war doch ziemlich unerwartet, aber es belegt auch dass wir tatsächlich die Chitinsynthese einigermaßen steuern können.

00:03:12: Zumindest können wir das irgendwie verlängern dieser Fäde also irgendwas muss da molekular passiert sein...

00:03:19: Ist es denn wichtig, dass sie fäden zum Beispiel länger sind?

00:03:23: Es ist auf alle Fälle interessant und spannend deswegen, weil unser Hauptziel ist ja zu verstehen wie man Quitin verformbar machen kann.

00:03:31: Also Projektzitel ist ja Quitinfluid.

00:03:34: also das war die Idee dass man aus einem Art Festkörper also aus einem festen Polymer etwas Verformbares macht.

00:03:42: Und wir wollten es eben nicht komplett verflüssigen, also in Einzelteile zerlegen so wie jetzt eine Zuckerlösung.

00:03:48: Weil der Zucker kristallisiert zwar aber er hält dann mechanische Belastungen normalerweise nicht.

00:03:52: so stand Also die Polymere sind tatsächlich die Materialklasse der Wahl wenn's um Leichtbaumaterialien geht und genau das ist ja unser Ziel.

00:04:03: Wir wollen da hinkommen wo die IRE zum Beispiel auch oder Alten auch hin kommen nämlich Hightech-Materialien als Kompositmaterial Zugänglich machen uns diesen Weg, erschließen der Prozessierbarkeit von diesem Ketin.

00:04:17: Und aus dem Grund ist es eben auch biotechnologisch wichtig wir verhindern nicht die Ketinsynthese oder bremsen sie sondern wir verändern sie.

00:04:26: Eine Idee war halt dass man die Alge was wir haben eher so als Analyseobjekt nimmt also wo man dann die bestimmten Substanzen herausfinden kann wo man die wirklich untersuchen kann Und dann diese Substanzen nehmen, die einen Effekt auf die Chitin-Syntese haben.

00:04:41: Dass man die nimmt und in ein viel effektiveres System einsetzt.

00:04:46: Zum Beispiel Pilze machen ja viel mehr Chitinen.

00:04:48: Die sind auch schneller am Wachsen.

00:04:50: Dann denke ich mal, dass es Sinn macht das in so einem Organismus einzusetzen... ...und dann das Chitine daraus erntet.

00:04:58: Und vielleicht irgendwelche Leichtbaumaterialien damit macht?

00:05:02: Jetzt ist ja wirklich Grundlagenforschung!

00:05:04: Und ich weiß, dass Ihre Kollegen zum Beispiel mit Schaum gebastelt haben.

00:05:09: Ist das so eine Strukturform wo Chitin sich zwingend aufträngt?

00:05:14: Es dringt sich tatsächlich deshalb auf weil wir vor einigen Jahren schon daran geforscht haben welche Komponenten zum Beispiel im Perlmut verhandeln

00:05:24: sind

00:05:25: und da haben wir jetzt davon profitieren können, dass man eben jetzt zum Beispiel ne Miesmuschelschale entkalkt.

00:05:33: Man nennt es organische Matrix, isolieren.

00:05:38: Und das ist jetzt ein Teilprojekt was sich daraus ergeben hat dass wir eben genau dieses Ketin aus dem Perlmut der Miesmuschel zum Beispiel charakterisieren und da hat sich tatsächlich herausgestellt dass wir das in der Form prozessieren können dass sich da draus eine sehr stark schäumende Flüssigkeit extrahieren lässt.

00:05:58: Und ja, da steckt auch noch ein gewisses Geheimnis drin.

00:06:01: Da wissen wir noch nicht alles genau über die Struktur dieser Substanz.

00:06:04: aber auch das gelingt uns natürlich in Kooperation jetzt mit unseren Kollegen und den Teams aus der Chemie dass wir diese Geschichte auf die Spur kommen weil wir vermuten dass es sehr stark etwas mit einem ganz speziellen Selbstorganisationsprozess zu tun hat.

00:06:22: Und selbstorganisierende Materialien sind natürlich spannend für die Technologie, für Beschichtungen zum Beispiel oder ja eben vielleicht für den Dreidedruck.

00:06:31: Dass man das als additiv mit dazu nimmt.

00:06:34: Grundlagenforschung so spezifisch sie ist hat natürlich auch einen ganz großen Hintergrund.

00:06:39: heute müssen alle Wissenschaftler immer mit überlegen wie sieht es eigentlich mit unserer Erde aus?

00:06:45: Mit unseren Rohstoffen und unseren Ressourcen?

00:06:48: Ich denke Wir alle stellen uns irgendwie später mal eine Welt vor, die mehr Grün ist.

00:06:55: Weniger Plastik auch v.a.

00:06:57: hat und wo einfach mehr ja abbaubar ist.

00:07:01: oder da ist es Ketin halt ein sehr großer Vorteil weil Chitin is abbaubau war.

00:07:07: Und Chitino ist halt en masse verfügbar.

00:07:09: wie viele Millionen Tonnen von Grabenschalen werden pro Jahr weggeworfen?

00:07:13: Das ist einfach was.

00:07:15: wenn wir das benutzen könnten dann würde es glaube ich so viel einfach an Plastik verschwinden, weil wir dann einfach eine viel bessere alternative Ressource hätten.

00:07:26: Kreislaufwirtschaft.

00:07:28: Das spielt schon auch mit eine Rolle, wenn man zum Beispiel an Baummaterialien denkt.

00:07:31: also ich bei Weltraummaterialen da denke ich mir die schießt man ins All und kommen die wieder.

00:07:36: aber auch da wäre es natürlich die Frage wir vermüllen hier langsam unseren Orbit um die Erde.

00:07:43: Also diese Abbaubarkeit von Chitin das ist ja schön und gut Aber erst mal wollen wir doch Dinge haben die halten!

00:07:51: Das ist eben genau der Interessante Punkt, den wir da lernen können glaube ich von eben Materialien wie Muschelschalen.

00:08:01: Also auch wenn das Tier ja schon nicht mehr diese Schale bewohnt dann bleibt halt die Schale für eine gewisse Zeit zu gucken aber die bleiben ja auch nicht ewig.

00:08:10: also die zersetzen sich mit der Zeit und wir müssen verstehen mit welcher Geschwindigkeit wird dieses Material synthetisiert in den Organismen?

00:08:19: Wo müssen wir den Hebel ansetzen, dass wir das vernünftig und auch nachhaltig für die Technologie nutzbar machen können?

00:08:25: Und was passiert dann hinterher mit den daraus erzeugten Kompositmaterialien.

00:08:30: Also man muss schon in Kreislaufprozessen denken also auch im Rahmen dieses Projektes wurden ja meinendes Transkriptom Studien klingt jetzt kompliziert aber damit erfassen wir die verschiedenen Gene die da in den Algen z.B.

00:08:47: jetzt beeinflusst werden durch die Zugabe von so einem Imino-Zucker, den wir als Modulator verwenden und wir bekommen mit den verfügbaren Methoden, die wir heute haben sehr schnell einen Überblick.

00:09:02: sind da irgendwelche ganz speziellen Stoffwechselwege betroffen Vorhersagen treffen können, wie schädlich ist es möglicherweise für andere Organismen.

00:09:11: Also welchen Umweltfaktor hat das dann letzten Endes?

00:09:14: Wir müssen, bevor wir überhaupt in die Technologie den nächsten Schritt weitergehen, vorhersagentreffen können was das für Auswirkungen auf die Umwelt haben wird.

00:09:25: Ein weites Feld werden Sie weitermachen.

00:09:28: zu Chitin?

00:09:30: Auf jeden Fall!

00:09:32: Es

00:09:32: sind noch viele Fragen offen.

00:09:34: Sehr viele ungeklärte Fragen die es zu lösen gilt.

00:09:37: Na, da drücke ich die Daumen und vielen Dank an Ingrid Weiß und Jan Ludwig vom Institut für Biomaterie.

00:09:46: Danke schön!