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Dokumentenidentifikation DE102005008102A1 24.08.2006
Titel Mikrobielles Nanowerkzeug
Anmelder Huber, Robert, Prof. Dr., 94405 Landau, DE
Erfinder Huber, Robert, Prof. Dr., 94405 Landau, DE;
Moissl, Christine, 84178 Kröning, DE
DE-Anmeldedatum 21.02.2005
DE-Aktenzeichen 102005008102
Offenlegungstag 24.08.2006
Veröffentlichungstag im Patentblatt 24.08.2006
IPC-Hauptklasse C07K 14/195(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, DE
IPC-Nebenklasse C12N 15/31(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, DE   C12N 1/00(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, DE   
Zusammenfassung Die Zelloberflächenstrukturen des natürlich vorkommenden, kälteliebenden SM1 Euryarchaeons besitzen eine außergewöhnlich hohe, bei Prokaryonten bisher nie entdeckte Komplexität mit einer genau definierten Basis-Spitze Organisation. Jedes Filament (Länge ca. 2 µm) zeigt eine stacheldrahtähnliche Morphologie und trägt einen dreizähligen, mit Widerhaken besetzten "Enterhaken" an seinem Ende (ø: 60 nm). Aufgrund der offensichtlichen Neuheit dieser Nanostruktur wurde die Bezeichnung "Hamus" (lat. Haken, Widerhaken, Angel; plural: Hami) vorgeschlagen.
Neben der morphologischen Einzigartigkeit besitzen die Hami extreme Adhäsivität gegenüber Oberflächen unterschiedlichster chemischer Natur und weisen eine enorme Festigkeit gegenüber physikalischen Kräften auf. Die dreidimensionale Struktur ist extrem pH-(pH 0,5-11) und temperaturstabil (bis 70°C).
Das Hamus-Hauptprotein besteht aus einem 120 kDa-Protein, dessen zugehöriges Gen identifiziert wurde. Die Sequenz codiert für ein 40 kDA-Protein, was auf einen trimeren Charakter schließen lässt. Das 40 kDA-Protein wurde in einen Expressionsvektor kloniert und in E. coli exprimiert.
Mit den Hami hat die Natur ein perfektes mechanisches Nano-Werkzeug geschaffen, welches aufgrund seiner außergewöhnlichen Eigenschaften für vielfältige Anwendungen interessant ist. Als mögliche Einsatzgebiete wären z. B. Anwendungen im Bereich Nano-Stacheldraht, Nano-Faden, Klebstoffe, Medizin (Wundverband; schneller Verschluss von Blutgefäßen), ...

Beschreibung[de]
1. Einleitung

Nanostrukturen zeigen einzigartige physikalisch-chemische Eigenschaften, welche man sich für viele wichtige technologische Anwendungen zunutze machen kann (Roukes, 2002). Für die Nanotechnologie ist das Synthetisieren solcher nanostrukturierter Oberflächen von grundlegender Bedeutung. Dabei werden die komplexesten funktionalen Strukturen im Nanomaßstab effizient von Biomolekülen in biologischen Systemen gebildet, besonders von Nukleinsäuren, Polysacchariden und Proteinen. Vorwiegend Mikroorganismen besitzen neue und interessante Strukturen, die für eine technologische Verwendung benutzbar sind. Auch auf der Zelloberfläche eines neuartigen, bisher im Labor unkultivierten Mikroorganismus (SM1 Euryarchaeon) wurde eine ungewöhnliche Struktur entdeckt, welche möglicherweise neue Felder im wachsenden Gebiet der Nanobiotechnologie eröffnet.

2. Rahmenbedingungen für die Entdeckung des außergewöhnlichen mikrobiellen Nanowerkzeugs

Im Rahmen ökologischer und molekularbiologischer Untersuchungen besonderer Mikrobenpopulationen in kalten Schwefelquellen (10°C) des bayerischen Raumes, wurde von der Arbeitsgruppe um Prof. Dr. Robert Huber, Lehrstuhl für Mikrobiologie, Universität Regensburg, ein neuartiger, ungewöhnlicher Mikroorganismus identifiziert. Dieses sogenannte SM1 Euryarchaeon, ein Vertreter der wenig analysierten kälteliebenden Archaeen1 Archaeen (Archaea) sind einzellige Organismen, die eine der drei Domänen bilden, in die alle zellulären Lebewesen eingeteilt werden. Sie unterscheiden sich in vielen Merkmalen von den Bakterien (Bacteria) und den Eukaryoten (Eucarya). Mit letzteren sind sie jedoch näher verwandt als mit den Bakterien. Bis vor wenigen Jahren wurden diese Mikroorganismen 'extremen' Lebensräumen zugeordnet, jedoch sind sie, wie molekulare Untersuchungen zeigen, auch in gemäßigten Biotopen weit verbreitet. , kommt in verschiedenen Lebensformen in Quellen des Regensburger Gebiets vor (Rudolph et al., 2001, Rudolph et al., 2004). Im Fließwasser der Quellen bildet es zusammen mit filamentartigen Bakterien die sogenannte 'Perlenkettengemeinschaft': makroskopisch sichtbare, kleine, weiße Perlen (∅ ca. 3 mm) sind an einem mikrobiellen Faden aneinander gereiht (Rudolph et al., 2001, Moissl et al., 2002). In tieferen, sauerstoffarmen Bereichen von Quellen bildet das SM1 Euryarchaeon schleimartige Biofilme, ohne erkennbaren bakteriellen Partner.

Bisher ist die Kultivierung des Archaeons im Labor ohne Erfolg geblieben, jedoch konnte eine in situ-Kultivierung entwickelt werden, welche dessen Zucht im natürlichen Biotop und die anschließende physikalische Abtrennung von Begleitorganismen erlaubte (Moissl et al., 2003). Dadurch kann dieser Mikroorganismus nun periodisch in gleich bleibender Qualität und Menge direkt aus der Natur gewonnen werden. Dies ermöglichte bisher schon eine detaillierte biologische Analyse, wobei der Fokus (auch) auf der strukturellen Charakterisierung des SM1 Euryarchaeons lag.

Die strukturellen Analysen wurden vorwiegend auf Basis elektronenmikroskopischer Methoden durchgeführt. Bereits die Betrachtung schwermetallbedampfter Zellen zeigten ungewöhnliches: Die Zellen waren über und über mit dünnen, fadenartigen Filamenten bedeckt (etwa 100 pro Zelle). Diese waren deutlich dünner als die für Mikroorganismen typischen Fortbewegungsorgane ('Geißeln'; 1, Moissl et al., 2004, Manuskript akzeptiert). Sie erinnerten mehr an Pili2 Pili: vorwiegend aus Proteinen bestehende, fadenartige Anhängsel, welche der Anheftung, in geringem Maße der Fortbewegung, der Phagen-Infektion und dem Gentransfer dienen. -ähnliche Oberflächenstrukturen, wie sie vorwiegend bei den Bakterien entdeckt, für Archaeen aber nur äußerst selten beschrieben wurden. Da die in der Elektronenmikroskopie zur Kontrastierung biologischer Präparate übliche Schwermetallbedampfung feinere Strukturen nur unzureichend auflöst, wurde für weitere Studien eine Negativkontrastierung mit Uranyl-Acetat bevorzugt.

Bei der genaueren elektronenmikroskopischen Betrachtung der Zelloberflächenstrukturen des SM1 Euryarchaeons stellte sich bald heraus, dass diese eine außergewöhnlich hohe, bei Prokaryonten bisher nie entdeckte Komplexität mit einer genau definierten Basis-Spitze Organisation aufwiesen. Jedes Filament zeigt eine stacheldrahtähnliche Morphologie und trägt einen dreizähligen, mit Widerhaken besetzten Enterhaken an seinem Ende (2, 3; Moissl et al., 2004, Manuskript akzeptiert). Aufgrund der komplexen Architektur und der offensichtlichen Andersartigkeit bezüglich aller bekannten bakteriellen und archaeellen Zellanhängsel wurde die Bezeichnung 'Hamus' (Plural 'Hami', lateinisch für Haken, Widerhaken, Angel) für diese neue Klasse von Oberflächenstrukturen vorgeschlagen.

3. Strukturelle Beschreibung des mikrobiellen Nanowerkzeugs

Generell kann jedes Zellanhängselfilament (∅ 7–8 nm) in zwei Abschnitte gegliedert werden (3, Moissl et al., 2004, Manuskript akzeptiert):

  • a) den zentralen Teil, die sogenannte Stachelregion ('Prickle-region'), welcher aus einem komplexen, stacheldrahtähnlich aufgebauten Filament besteht: In regelmäßigen Abständen von ca. 46 nm treten wiederkehrende Einheiten von drei Stacheln aus dem Filament hervor; diese sind dünner als das Filament (etwa 4 nm) und durchschnittlich 30 nm lang. Ausgehend von der Zelloberfläche bilden bis zu 60 dieser 46 nm-Einheiten ein Filament.
  • b) den etwa 152 nm langen, endständigen Teil, die sogenannte Hakenregion ('Hook-region'), welcher aus einem nackten Filament mit einem dreiteiligen Ende besteht und eine komplexe, einzigartige Struktur aufweist. Das Filament teilt sich in drei einzelne Arme mit je 4 nm Durchmesser und 50 nm Länge. Dabei formt jeder Arm einen charakteristischen 180°-Bogen, so dass seine Spitze wieder in Richtung Zelle gewandt ist. Am Ende jedes Arms sitzt eine hakenförmige Verdickung, weshalb die gesamte endständige Struktur einem mit Widerhaken besetzten Enterhaken ähnelt.

Die strukturellen Daten wurden aus kombinierten transmissions-elektronen-mikroskopischen und cryo-elektronen-tomographischen Untersuchungen gewonnen. Letztere Methode erlaubt die dreidimensionale Darstellung der Hami (4; Moissl et al., 2004, Manuskript akzeptiert).

Aus Fourier3 Eine Fourier-Analyse dient der Darstellung und Visualisierung periodischer Funktionen. -Spektren wurden Hinweise auf eine helikale Architektur der Hamus-Filamente gewonnen (5, Moissl et al., 2004, Manuskript akzeptiert). Die aus der Filterung resultierenden Abbildungen deuten auf einen Twist des Filaments hin und zeigen, dass die helikale Periodizität mit der regelmäßigen Anordnung der Stacheln am Filament korreliert.

Die kleinste, sichtbare strukturelle Einheit wurde mit 4,6 nm angegeben; 46 nm entspricht den Abständen der repetitiven Stachelanheftungsstellen. Jeweils 10 aneinander gereihte Einheiten bilden also ein Segment eines Protofilaments. Drei Protofilamente bilden den filamentösen Kern des Hamus. 46 nm entsprechen damit der Ganghöhe der Tripel-Helix.

Die Hami aller, über einen längeren Zeitraum in verschiedensten Experimenten untersuchten Zellen, zeigten die gleiche grundlegende Architektur, die gleichen Abmessungen und Proportionen. Die einzige detektierbare Variation war die Gesamtlänge der Hami, welche von etwa 1 bis zu 3 &mgr;m reichte und durchschnittlich 2 &mgr;m betrug. Alle Beobachtungen und Daten wurden zur Erstellung eines Hamus-Modells verwendet (6, Moissl et al., 2004, Manuskript akzeptiert).

4. Natürliche Funktion des mikrobiellen Nanowerkzeugs

Die auf den ersten Blick offensichtliche adhäsive Funktion der Hami wurde experimentell durch Versuche mit der optischen Pinzette4 Die optische Pinzette (gebündeltes Laserlicht) dient der berührungslosen, unbehelligenden Manipulation von Objekten im dreidimensionalen Raum (Ashkin und Dziedzic, 1987; Ashkin et al., 1987; Huber et al., 1995; Huber und Stetter, 2001). nachgewiesen. Sie vermitteln eine starke Anheftung einzelner Zellen aneinander und an Oberflächen verschiedener chemischer Natur (Beschichtungen mit: Polylysin, Polyglutamat, Gelatine, Rinderserumalbumin, Laminin, Fibronektin, Bind-Silan). Aufgrund der wohl vorwiegend mechanischen Adhäsion der Hami durch ein 'Verhaken', scheint die Anheftung mehr oder weniger unabhängig von der Oberflächenbeschaffenheit sowie von der Wachstumsphase der Zellen zu sein. Das Hami-Nanowerkzeug ist also perfekt angepasst, in strömenden Umgebungen eine feste und stabile Verbindung zu anderen Zellen oder Oberflächen einzugehen.

5. Physikalisch-chemische Eigenschaften des mikrobiellen Nanowerkzeugs

Eine weitere bemerkenswerte Eigenschaft der Hami ist die Stabilität der dreidimensionalen Struktur innerhalb eines sehr breiten pH- und Temperaturspektrums. Sie sind erstaunlicherweise sogar noch bei einer Temperatur von 70°C stabil, obwohl sie bei einer Temperatur von 10°C, der natürlichen Wachstumstemperatur des SM1 Euryarchaeons, synthetisiert worden waren. Auch zwischen pH 0,5 und 11,5 blieben die Hami in ihrer Struktur unbehelligt. Auch gegenüber physikalischen Kräften, wie die Experimente mit der optischen Pinzette bewiesen, zeigt sich die Festigkeit der Hami.

6. Molekularer Aufbau

Wie durch SDS-PAGE und immunologische Experimente mit Hami-spezifischen Antikörpern5 Die spezifischen Antikörper wurden im Rahmen der biologischen Charakterisierung des SM1 Euryarchaeons gewonnen (Moissl et al., 2003). Durch eine Affinitätsreinigung wurde die Hami-Spezifität erreicht. gezeigt wurde, scheinen die Hami aus einem Hauptprotein, dem 120kDa Protein, zu bestehen. Durch die Gewinnung von Peptidsequenzen des 120kDa Proteins konnte ein zugehöriges Gen erfasst werden. Mit großer Wahrscheinlichkeit konnten auch das Start- und Stop-Codon identifiziert werden. Ein Datenbankvergleich mit der identifizierten Sequenz ließ keine Homologien zu bisher annotierten Genen und Proteinen entdecken. Diese Sequenz kodiert für ein 40kDa-Protein, was auf einen trimeren Charakter des Hamus-Proteins hindeuten könnte. Offensichtlich liegt das Gen für das Protein in mehrfachen Kopien im Genom des SM1 Euryarchaeons vor. Das 40kDa-Protein konnte bereits erfolgreich in einen Expressionsvektor kloniert und in Escherichia coli exprimiert werden.

7. Größenvergleiche

Mit den Hami hat die Natur im Lauf der Evolution ein perfektes mechanisches Nano-Werkzeug geschaffen, das schon allein durch seine Winzigkeit beeindruckt: Im Vergleich ist ein menschliches Haar etwa 15.000x dicker als das Hamus-Filament, ein typischer Angelhaken 250.000x größer als der Nano-Enterhaken des SM1 Euryarchaeons. In seiner Dicke liegt ein Hamus etwa zwischen der eines DNA-Stranges (2 nm) und dem Aktin-Filament des Muskels (9–10 nm) (7).

8. Bionische Aspekte

Die Hami erinnern in ihrer Hakenregion stark an handelsübliche Fisch- bzw. Enterhaken oder Anker und implizieren eine Funktion für die Zellverankerung oder Adhäsion (8).

Die Stachelregion der Hami weist verblüffende Ähnlichkeiten zu einem herkömmlichen Stacheldraht auf (9).

Diese morphologischen Parallelen machen die winzigen Hami-Filamente auch für die wissenschaftlichen Felder der Bionik und Biomimetrik interessant.

9. Eignung für die Nanobiotechnologie

Aufgrund der Winzigkeit, Komplexität, Stabilität, Form und sonstigen physikalischen und chemischen Eigenschaften sind die Hami für vielfältige Anwendungen interessant. Als mögliche Verbindung von High-Tech und 'High-Nature' eröffnet die Entdeckung der ungewöhnlichen Hami möglicherweise neue Felder im wachsenden Gebiet der Nanobiotechnologie. Diese neue Disziplin beschäftigt sich mit der technologischen Anwendung biologischer Nano-Strukturen (Wevers und Wechsler, 2002). Dabei macht sie sich die von der Natur gebildeten molekularen Architekturen größter Präzision und Flexibilität zu Nutze (Lowe, 2000). Der Bedarf an Nano-Werkzeugen ist groß und bietet viele, auch industrielle Anwendungsmöglichkeiten. So können biologische Nano-Strukturen in elektronischen Systemen, der Computer- und Sensoren-Technologie und medizinischen Instrumenten Anwendung finden (Lowe, 2000; Merkle, 1999).

Im Gegensatz zu diesem, auf biologischen Strukturen basierenden Untersuchungsgebiet, sei hier die Nanotechnologie erwähnt, welche sich mit der technologische Produktion von Nano-Systemen aus künstlichen Materialien beschäftigt, jedoch unterliegt sie in den meisten Fällen einigen Nachteilen (s. Tab. 1). Häufig ist die Herstellung von solchen Nano-Strukturen kompliziert, aufwändig und teuer, so dass die Produktion im Großmaßstab bisher nicht möglich ist. Aufgrund der Resistenz dieser Materialien gegenüber extremen pH-Werten, Temperaturen und Drücken sind sie biologisch außerdem nur schwer abbaubar.

10. Stand der Technik: Nanobiotechnologie

Im Rahmen der allgemeinen Entwicklung hin zur Miniaturisierung von Bauteilen und deren Funktionalisierung wurden in den letzten Jahren auch in der Nanobiotechnologie einige Fortschritte erzielt, die anhand folgender Beispiele vorgestellt werden sollen.

'Nano-Velcro' (Nano-Klettverschluss), biologische Nano-Anheftungsstrukturen

Normalerweise basiert die Anheftung biologischer Nano-Strukturen (ausschließlich) auf physikochemischen Wechselwirkungen (z.B. Van-der-Waals-Kräfte, elektrostatische Kräfte) mit einer geeigneten Oberfläche (Fletcher und Decho, 2001). Der Kontakt ist dabei auf meist fadenförmige Mikro- oder Nano-Strukturen zurückzuführen, die, je feiner sie ausgebildet sind, eine stabilere Adhäsion erlauben.

Die Untersuchung der Ahäsionsstrukturen6 Geckos besitzen an ihren Füßen sogenannte Setae; jede Seta ist 30–130 &mgr;m lang und besitzt Hunderte von 200–500 nm dicken Spatula, welche aufgrund elektrostatischer Wechselwirkungen die starke Anheftung ermöglichen (Autumn et al., 2002). von Geckos (Gecko gecko) sollen bald zur Entwicklung des sogenannten 'Gecko-Tapes' führen. Eine synthetische Nachbildung dieser Gecko-Anheftungsstrukturen konnte bereits erfolgreich durchgeführt werden: die 3–10 &mgr;m langen und 30–500 nm dicken Kunststoff-Härchen zeigten sich äußerst stabil und reißfest (Sitti und Fearing, 2002). Aufgrund der aufwändigen und komplizierten Herstellung dieser Härchen ist jedoch die Produktion im größeren Maßstab bisher nicht gelungen.

Weitere Bemühungen betreffen den künstlich hergestellten sogenannten Nano-Klettverschluss (Nano-Velcro). Diese feinen Haken (wenige nm im Durchmesser) verhaken sich ineinander und erlauben 30x stärkere Adhäsionen als konventionelle Anheftungsmaterialien. Bisher ist die Massenproduktion jedoch schwierig, v.a. die gerichtete Ausbildung auf Oberflächen ist kompliziert (Ball, 2003; in Anlage). Zur Anwendung soll dieser Nano-Klettverschluss bei der Anheftung von Nano-Robotern kommen. Weiterhin sollen so mechanische und elektronische Nano-Komponenten auf Oberflächen befestigt werden (Berber et al., 2003).

Biologische Oberflächen

Auf ihrer Zelloberfläche bilden viele Mikroorganismen sogenannte S-Layer (ca. 5–10 nm dick). Dabei handelt es sich um zweidimensionale Schichten von regelmäßig angeordneten, selbstorganisierenden Proteinkristallen, welche für die Präzipitation von Mineralien (Schultze-Lam und Beveridge, 1994), als Träger für Antigene (Sleytr und Sára, 1997), als nur wenige Nanometer dicke Widerstände in der Halbleiter-Technologie (Pum und Sleytr, 1999) oder auch in verschiedensten Bereichen von Diagnostik, Sensor- und Biotechnologie eingesetzt werden könnten (Sleytr und Sára, 1997; Pum und Sleytr, 1999; Lowe, 2000).

Biologische Nano-Filter

Übliche Ultrafiltrationsmembranen besitzen häufig unregelmäßige Porengrößen. Biologisch hergestellte S-Layer-Ultrafiltermembranen (SUM) könnten aufgrund ihrer konstanten Porengröße zu Dialysezwecken und zur Wasseraufbereitung verwendet werden (Sára und Sleytr, 1999).

Biologische Linear- und Rotations-Motoren im Nanomaßstab

Linear-Motoren, wie Actin-Myosin bzw. Mikrotubuli-Kinesin, und DNA-assoziierte Proteine könnten Transportaufgaben innerhalb von Nano-Systemen übernehmen (Wevers und Wechsler, 2002; Cui und Gao, 2003), während Rotationsmotoren, wie die genauer studierte F1-ATPase (10 nm breit) für den Antrieb von Mini-Propellern in Betracht gezogen werden (Wevers und Wechsler, 2002; Soong et al., 2000)

Anwendung biologischer Nano-Pumpen

Das durch Licht angetriebene Bakteriorhodopsin transportiert Wasserstoffionen (Protonen) über die Zellmembran. Durch diesen gebildeten Protonengradienten wird eine ATP-Synthase angetrieben, welche ATP-Moleküle als Energiequelle für den jeweiligen Organismus synthetisiert (Wevers und Wechsler, 2002). Dieser Mechanismus könnte für die direkte Energieumwandlung von Sonnenlicht in Energie und Strom genutzt werden (Eisenbach et al., 1977). Weiter Untersuchungen beschäftigen sich mit der Herstellung eines Bakteriorhodopsin-Displays (Hampp, 2000)

Anwendung biologischer Nano-Strukturen in Computer- und Kommunikationstechnologie

Die elektronische Datenverarbeitung auf Basis des DNA-Moleküls wurde unter dem Begriff „DNA-Computing" bereits in Betracht gezogen (Wevers und Wechsler, 2002; Cui und Gao, 2003).

Medizinischer Einsatz biologischer Nano-Strukturen

Die Anwendung wird z.B. in folgenden Bereichen visiert: Nanostrukturierte Oberflächenbeschichtung von Implantaten zur Verhinderung einer Abstoßungsreaktion (Cui und Gao, 2003), Nanopartikel mit Aufgaben zum Medikamententransport (Bogunia-Kubik, 2002).

11. Vorteile des mikrobiellen Nanowerkzeugs

Im Allgemeinen erlaubt die Nanobiotechnologie die Konstruktion neuer molekularer Strukturen mit größerer Präzision und Flexibilität und zu niedrigeren Kosten, als traditionelle technologische Prozesse (vgl. Tab. 1). Weiterhin zeichnen sich biologische Strukturen durch ihre Fähigkeit zur Selbstorganisation aus (Zhang, 2003).

Tabelle 1: Vergleich technische und biologische Produktion von Nano-Strukturen (Aus: Wevers und Wechsler, 2002)

Auch für das hier beschriebene mikrobielle Nanowerkzeug gelten diese Vorteile. Die Hami können, sobald ihre biotechnologische Herstellung möglich ist, billig und in großen Mengen produziert werden. Für mögliche Anwendungen kommen die unter Punkt 10 genannten Aspekte in Frage. Jedoch kann die Hauptaufgabe im Bereich der Anheftung gesehen werden. Zusätzlich zu der elektrostatischen Anheftung, wie sie auch für bisher beschriebene Anheftungsstrukturen nachgewiesen wurde, bieten die Hami auch eine mechanische Adhäsions-Komponente. Durch das stabile Verhaken der Hami ineinander wird vermutlich eine höhere Anheftungskraft und -stabilität als bei bisher untersuchten Strukturen erreicht. Darüber hinaus ist die Ausrichtung der Hami auf Oberflächen vermutlich nicht so kompliziert wie für ähnliche, synthetische Strukturen, da sie sich mit einem lipophilen Teil in der Membran verankern und somit eine „Richtung" besitzen.

Zusätzlich zu den oben genannten Anwendungsbeispielen, kann eine technologische Nutzung der Hami in folgenden Bereichen angedacht werden: Nano-Stacheldraht, Nano-Faden (Verwendung der Hamus-Stachelregion als Faden, kein Zurückrutschen, da Widerhaken; biologisch abbaubar), Klebstoffe (z.B. für die Produktion billiger, wieder ablösbarer Klebstoffe mit starker Haltekraft auch bei niedrigeren Temperaturen), Wundverband (schneller, stabiler Verschluss von Wunden, atmungsaktiv, gewährleistet Schutz vor Austrocknung, biologisch abbaubar), Schneller Verschluss von Blutgefäßen (Direkte Applikation in betroffenen Blutgefäßen), Medizin allgemein (sämtliche lokal begrenzende Applikationen von Medikamenten oder Pflegestoffen; z.B. lokal begrenzte Tumorbehandlung) Nano-Manipulation (gerichtetes mechanisches Fassen und Bewegung von Nano-Partikeln und Zellen, evtl. Anwendungen in der Biotechnologie), Biofiltration (Herstellung von biologisch abbaubaren Filtern unterschiedlicher Ausschlussgrenze), Nano-Roboter und Nano-Maschinen (Aufgaben rund um das Thema Adhäsion).

Literatur:
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SEQUENCE LISTING

Anspruch[de]
  1. Polynucleotid ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus

    (a) einem Polynucleotid mit einer Nucleotidsequenz, die mindestens die reife Form des Polypeptids mit der abgeleiteten Aminosäuresequenz wie in SEQ ID NR: 2 gezeigt codiert;

    (b) einem Polynucleotid mit der codierenden Sequenz wie in SEQ ID NR: 2 gezeigt, die mindestens die reife Form des Polypeptids codiert;

    (c) einem Polynucleotid mit einer Nucleotidsequenz, die ein Fragment oder Derivat eines Polypeptids codiert, das von einem Polypeptid nach einem der Punkte (a) oder (b) codiert wird, wobei in dem Derivat, verglichen zum Polypeptid, ein oder mehrere Aminosäurereste konservativ ersetzt sind, und das Fragment oder Derivat ein Zelloberflächenanhängsel mit einer Hamus-ähnlichen Struktur codiert;

    (d) einem Polynucleotid mit einer Nucleotidsequenz, die mindestens 70% identisch zu einem Polynucleotid ist, wie in einem der Punkte (a) bis (c) definiert, und die ein Zelloberflächenanhängsel mit einer Hamus-ähnlichen Struktur codiert;

    (e) einem Polynucleotid mit einer Nucleotidsequenz, deren komplementärer Strang mit einem Polynucleotid wie in einem der Punkte (a) bis (d) definiert hybridisiert, und die ein Zelloberflächenanhängsel mit einer Hamus-ähnlichen Struktur codiert; und

    (f) einem Polynucleotid mit einer Nucleotidsequenz, die zu der Nucleotidsequenz des Polynucleotids nach einem der Punkte (a) bis (e) degeneriert ist;

    oder der komplementäre Strang eines solchen Polynucleotids.
  2. Polynucleotid nach Anspruch 1, das DNA, cDNA, genomische DNA, RNA oder PNA ist.
  3. Polynucleotid nach Anspruch 1 oder 2, das mit einem heterologen Polynucleotid verbunden ist.
  4. Polynucleotid nach Anspruch 3, wobei das heterologe Polynucleotid ein heterologes Polyeptid codiert.
  5. Vector, der das Polynucleotid nach einem der Ansprüche 1 bis 4 enthält.
  6. Vector nach Anspruch 5, in dem das Polynucleotid funktionell mit einer Expressions-Kontrollsequenz verbunden ist, welche die Expression in archaebakteriellen, prokaryontischen oder eukaryontischen Wirtszellen ermöglicht.
  7. Wirtszelle, die unter Verwendung gentechnischer Verfahren mit dem Polynucleotid nach einem der Ansprüche 1 bis 4 oder dem Vector nach Anspruch 5 oder 6 hergestellt ist.
  8. Verfahren zur Herstellung eines Polypeptids, das ein Zelloberflächenanhängsel mit einer Hamus-ähnlichen Struktur ist, umfassend: Züchten der Wirtszelle nach Anspruch 7 und Gewinnen des Polypeptids, welches durch das Polynucleotid codiert wird.
  9. Verfahren zur Herstellung von Zellen, die ein Polypeptid exprimieren können, welches ein Zelloberflächenanhängsel mit einer Hamus-ähnlichen Struktur ist, umfassend Herstellen von Zellen in vitro mit dem Vector nach Anspruch 5 oder 6 unter Verwendung gentechnischer Verfahren, wobei das Polypeptid von einem Polynucleotid nach einem der Ansprüche 1 bis 4 codiert wird.
  10. Polypeptid mit der Aminosäuresequenz, die von einem Polynucleotid nach einem der Ansprüche 1 bis 4 codiert wird, oder gemäß dem Verfahren nach Anspruch 8 erhältlich ist.
  11. Antikörper, der das Polypeptid nach Anspruch 10 spezifisch bindet.
  12. Nucleinsäuremolekül, welches spezifisch mit ein Polynucleotid nach einem der Ansprüche 1 bis 4 hybridisiert.
  13. Zusammensetzung, welche die Polynucleotide aus einem der Ansprüche 1 bis 4, das Polypeptid nach Anspruch 10 oder den Antikörper nach Anspruch 11 umfasst.
  14. Zusammensetzung nach Anspruch 13, die ein Arzneimittel ist, weiterhin umfassend einen pharmazeutisch verträglichen Träger.
  15. Verwendung des Polynucleotids nach einem der Ansprüche 1 bis 4, das ein Zelloberflächenanhängsel mit einer Hamus-ähnlichen Struktur codiert oder das Polypeptid nach Anspruch 10, zum Beschichten von Materialien.
  16. Verfahren nach Anspruch 15, wobei das Material biologisches Material ist.
  17. Verfahren nach Anspruch 16, wobei das biologische Material ein medizinischer Faden ist.
  18. Verwendung des Polynucleotids nach einem der Ansprüche 1 bis 4, das ein Zelloberflächenanhängsel mit einer Hamus-ähnlichen Struktur codiert oder das Polypeptid nach Anspruch 10, als Nano-Klettverschluss.
  19. Verwendung des Polynucleotids nach einem der Ansprüche 1 bis 4, das ein Zelloberflächenanhängsel mit einer Hamus-ähnlichen Struktur codiert oder das Polypeptid nach Anspruch 10, als Arzneimittel zur Wundheilungsförderung.
  20. Verfahren zur Wundheilungsförderung, das die Verabreichung einer therapeutisch wirksamen Menge des Polynucleotids nach einem der Ansprüche 1 bis 4 oder einer therapeutisch wirksamen Menge des Polypeptids nach Anspruch 10 an ein Individuum umfasst.
  21. Verfahren zur Isolierung einer Verbindung, die an das Polypeptid nach Anspruch 10 bindet, umfassend

    (a) Inkontaktbringen einer Wirtszelle, die das Polypeptid nach Anspruch 10 exprimiert, mit einer Verbindung;

    (b) Nachweisen der Anwesenheit der Verbindung, die an das Polypeptid bindet; und

    (c) Bestimmen, ob die Verbindung an das Polypeptid bindet.
Es folgen 5 Blatt Zeichnungen






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