Ein Forschungsteam bei POSTECH unter der Leitung von Professor Dong Soo Hwang (Abteilung für Umweltwissenschaften und -technik, Abteilung für interdisziplinäre Biowissenschaften und Bioingenieurwesen, Graduiertenschule für Konvergenzwissenschaft und -technologie) und Forschungsprofessor Jimin Choi (POSTECH-Institut für Umwelt- und Energietechnologie), hat den molekularen Mechanismus hinter der bemerkenswerten Unterwasseradhäsion von Haarmuscheln aufgedeckt (Männliche Virescens). Ihre Ergebnisse, veröffentlicht in Naturkommunikationoffenbaren einen oxidationsunabhängigen Adhäsionsprozess, der durch Wechselwirkungen zwischen EGF/EGF-ähnlichen Domänen und GlcNAc-basierten Biopolymeren angetrieben wird.
Meeresorganismen wie Muscheln und Seepocken sind für ihre Fähigkeit bekannt, auch in feuchten Umgebungen fest an Oberflächen zu haften. Vor fast 40 Jahren identifizierten Forscher die Domäne des epidermalen Wachstumsfaktors (EGF) als Schlüsselkomponente in Muschelklebstoffproteinen. Seitdem wurden ähnliche Haftproteine in einer Vielzahl von Organismen entdeckt, darunter Meereslebewesen, Schnecken und Spinnen. Der genaue Mechanismus hinter der EGF-basierten Unterwasseradhäsion war jedoch bislang unklar.
Das POSTECH-Team deckte diesen Mechanismus auf, indem es den Byssus von Haarmuscheln untersuchte, wo Proteine, die EGF/EGF-ähnliche Domänen enthalten, stark an Biopolymere auf N-Acetylglucosamin (GlcNAc)-Basis binden. Ihre Experimente ergaben, dass diese Proteine eine mehr als dreimal höhere Adhäsionsenergie aufweisen als weithin bekannte Nassklebeproteine, wie z mefp-5 (Muschelfußprotein) und Saugnapf (Spinnenseidenprotein).
Eine der bahnbrechendsten Erkenntnisse der Studie ist, dass der EGF-GlcNAc-Adhäsionsmechanismus nicht auf Oxidation beruht, einem entscheidenden Merkmal herkömmlicher Klebstoffe auf 3,4-Dihydroxyphenylalanin (DOPA)-Basis. Dieser oxidationsunabhängige Prozess führt zu einer reversiblen und dauerhaften Haftung und macht ihn in einer Vielzahl von Umgebungen, egal ob nass oder trocken, äußerst effektiv.
Forschungsprofessor Jimin Choi, der Erstautor der Studie, erklärte: „GlcNAc ist eine Komponente, die häufig in biologischen Geweben und Biofilmen vorkommt, was es äußerst vielseitig für Anwendungen in der Bioelektronik, im Tissue Engineering, bei Antifouling-Beschichtungen und mehr macht.“ Professor Dong Soo Hwang betonte die umfassenderen Auswirkungen ihrer Ergebnisse: „Diese Forschung ist ein entscheidender erster Schritt zur Entwicklung nachhaltiger, leistungsstarker Unterwasserklebstoffe und Bioklebstoffe in medizinischer Qualität.“
Diese Arbeit wurde von der National Research Foundation of Korea (NRF) mit Mitteln des Ministeriums für Wissenschaft und IKT und des Bildungsministeriums im Rahmen des Grundlagenforschungsprogramms 2022 der NRF unterstützt.
