Eine süße Art, alltägliche Dinge fast unverwüstlich zu machen

02.07.2019 - USA

Das Geheimnis, Kleidung praktisch unverwüstlich zu machen, könnte dasselbe sein, was uns aus ihr herauswachsen lässt: Zucker.

Eine neue Entdeckung der University of Virginia School of Medicine zeigt, wie Zucker zur Herstellung von nahezu unverwüstlichen Geweben und anderen Materialien verwendet werden kann. Die Natur hat es schon vor langer Zeit herausgefunden, aber die Antwort ist in sprudelnden Säurebädern versteckt.

Erstaunliche Extremophile

In bestimmten sauren heißen Quellen, sogar vulkanischen heißen Quellen, leben alte einzellige Organismen, die unter viel zu extremen Bedingungen für die meisten Lebensformen existieren können. Sie haben winzige Anhängsel, die Pili genannt werden, die so hart sind, dass sie den zahlreichen Bemühungen der UVA-Wissenschaftler widerstanden, sie auseinander zu bringen, um ihre Geheimnisse zu ergründen. "Wir konnten diese Dinger nicht in kochendem Waschmittel auseinandernehmen. Sie blieben einfach absolut intakt", sagte der Forscher Edward H. Egelman, PhD, von der Abteilung für Biochemie und Molekulargenetik der UVA. "Also haben wir dann viel härtere Behandlungen versucht, einschließlich des Kochens in Lauge - in Natriumhydroxid. Kein Erfolg."

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Kryo-Elektronenmikroskopie machte es möglich

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Die Forscher probierten mehrere andere Ansätze aus, bevor sie sich der Kryo-Elektronenmikroskopie zuwandten, die es ihnen ermöglichte, submikroskopische Dinge fast bis auf einzelne Atome abzubilden. Was sie fanden, war schockierend. "Es gibt nur eine riesige Menge Zucker, die die gesamte Oberfläche dieser Filamente auf eine Weise bedeckt, die noch nie zuvor gesehen wurde", sagte Egelman. "Diese Organismen haben eine Möglichkeit entwickelt, einfach riesige Mengen an Zucker zu verwenden, um diese Filamente zu bedecken und sie resistent gegen die unglaublichen Extreme der Umgebung zu machen, in der sie leben."

Man könnte die Zuckerschicht mit einer harten Zuckerhülle auf einem Süßigkeitenapfel vergleichen. Die äußere Zuckerhülle ist viel härter als das, was sie umgibt. In diesem Fall waren die Zucker jedoch so stabil angeordnet, dass selbst Säure sie nicht auflösen kann.

"Diese Pili, die Proteinfilamente sind, wären normalerweise sehr empfindlich gegen Hitze, Säure und Enzyme, aber eine Beschichtung mit Zucker macht sie fast unverwüstlich", erklärte Egelman. "Es gibt eine Menge Beweise dafür, dass das Hinzufügen einer kleinen Menge Zucker die Stabilität von Medikamenten und anderen Proteinstrukturen erhöhen kann, aber niemand, soweit wir wissen, hat diese riesige Menge je gesehen.... bis zu dem Punkt, an dem etwas fast unverwüstlich ist."

Die Menschen können eine Lehre aus dem Design der Natur ziehen, um Produkte herzustellen, die ähnlich robust sind, sagte Egelman. Nehmen Sie ein Protein wie z.B. Wolle und beschichten Sie es mit einer speziellen Anordnung von Zucker und Sie können erstaunlich langlebige Kleidung, Teppiche oder sogar Baumaterialien herstellen. "Proteine sind ziemlich robust und widerstandsfähig, aber mit dieser Art der Zuckerdecke wären sie viel stabiler, noch widerstandsfähiger", sagte Egelman. "Sie könnten viele Einsatzmöglichkeiten haben."

Die Entdeckung ist aber die neueste für Egelman, dessen viele Beiträge zu seinem Gebiet ihm kürzlich die Wahl in die National Academy of Sciences eingebracht haben, eine der höchsten Auszeichnungen, die ein Wissenschaftler erhalten kann.

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