Eine Entdeckung über den Schleim, den Bärtierchen absondern, könnte die Entwicklung nachhaltiger Materialien revolutionieren, wie eine Studie eines Forschungsteams der McGill University zeigt.
Das Team fand heraus, dass eine natürliche Proteinstruktur, die bei Tierarten in Australien, Singapur und Barbados über fast 400 Millionen Jahre der Evolution erhalten geblieben ist, ihren Schleim ermöglicht, von einem flüssigen in einen faserigen Zustand und umgekehrt zu wechseln. Diese Entdeckung könnte den Weg für die nächste Generation recycelbarer Biokunststoffe ebnen.
„Die Natur hat bereits einen Weg gefunden, Materialien herzustellen, die sowohl stabil als auch recycelbar sind“, sagte Matthew Harrington, Professor für Chemie und Inhaber des Canada Research Chair in Green Chemistry, der die Studie leitete. „Die Entschlüsselung der molekularen Struktur des Schleims der Bärtierchen bringt uns dem Moment näher, in dem wir diesen Mechanismus mit den Materialien, die wir täglich verwenden, nachahmen können.“
Der Bärtierchen ist ein Tier aus den feuchten Wäldern der Südhalbkugel, das einer Raupe ähnelt. Um seine Beute zu fangen, spuckt es Schleim aus, der schnell Fasern bildet, die so stabil wie Nylon sind. Diese Fasern sind wasserlöslich und können sich anschließend wieder zusammensetzen. Bis zur Durchführung dieser Studie blieb der molekulare Mechanismus, der diese Reversibilität erklärt, ein Rätsel.
Mithilfe von Proteinsequenzierung und struktureller Vorhersage durch künstliche Intelligenz (Tool AlphaFold, dessen Entwicklung 2024 mit einem Nobelpreis ausgezeichnet wurde) entdeckte das Team von Professor Harrington bisher unbekannte Proteine im Schleim, die ähnlich wie Zellrezeptoren des Immunsystems wirken. Um Fasern zu bilden, würden die Rezeptorproteine große Strukturproteine miteinander verbinden. Durch den Vergleich zweier Untergruppen von Bärtierchen, die sich vor fast 380 Millionen Jahren trennten, zeigte das Forschungsteam die evolutionäre Bedeutung und funktionelle Relevanz dieser Proteine.
Ein Vorbild für recycelbare Materialien
Synthetische Fasern und Kunststoffe werden normalerweise aus petrochemischen Vorläufern hergestellt. Ihre Produktion und ihr Recycling erfordern energieintensive Prozesse und oft thermische oder chemische Behandlungen. Der Bärtierchen hingegen nutzt nur einfache mechanische Kräfte, Zug und Dehnung, um stabile und langlebige Fasern aus erneuerbaren biologischen Vorläufern zu produzieren. Diese Fasern können anschließend ohne schädliche Nebenprodukte aufgelöst und wiederverwendet werden.
„Eine Plastikflasche, die sich in Wasser auflöst, wäre nicht sehr nützlich, aber wir können dieses Problem lösen, indem wir die chemischen Eigenschaften dieses Bindungsmechanismus verändern“, erklärte Matthew Harrington.
Die Studie ist eine Zusammenarbeit von Forschern der McGill University und der Nanyang Technological University in Singapur. Das Team wird nun Experimente durchführen, um die Bindungsinteraktionen zu untersuchen, und versuchen, festzustellen, ob das Prinzip auf technische Materialien angewendet werden kann.
Quelle: McGill University