Design, rekombinante Produktion und Anwendung von Muschelfußprotein und Elastin-ähnlichen Fusionsproteinen

Abstract

Protein-basierte Bindemittel stellen eine nachhaltige Alternative zu synthetischen Klebstoffen dar. In dieser Dissertation wurden Proteinkleber für Sandoberflächen (SiO2) untersucht. Die artifiziell designten Proteine (DP) enthalten adhäsive Muschelfußprotein-3 Sequenzen (Mfp) und kohäsive Elastin-ähnliche Sequenzen (ELP). Die Adhäsion der Mfp kann durch Tyrosinase-katalysierte Hydroxylierung Peptid-gebundener Tyrosine zu L-3,4-Dihydroxyphenylalanin (DOPA) verstärkt werden. Im Rahmen der Arbeit wurden eine mikrobielle Tyrosinase aus V. spinosum und die DP rekombinant in E. coli produziert und durch unterschiedliche Verfahren bis zum Gramm-Maßstab aufgearbeitet. Materialwissenschaftliche Versuche bestätigten den positiven Effekt von DOPA auf Proteinadsorption und Klebkraft. Die neu-designten DP zeigten die besten Ergebnisse im Adsorptionsversuch. Im Zug-Scher-Versuch wies das hochgradig hydroxylierte Mefp-3 unabhängig von der getesteten Oberfläche (SiO2, Al) ähnlich starke Zug-Scher-Kräfte wie ein kommerzieller Klebstoff auf.

Protein-based adhesives represent a sustainable alternative to synthetic glues. In this PhD thesis, protein adhesives for sand surfaces (SiO2) were investigated. The artificial designer proteins (DP) contain adhesive mussel foot protein-3 sequences (Mfp) and cohesive elastin-like sequences (ELP). Adhesion of Mfp can be enhanced by tyrosinase catalyzed hydroxylation of peptide-bound tyrosines to L-3,4-dihydroxyphenylalanine (DOPA). In this work, a microbial tyrosinase from V. spinosum and the DP were produced recombinantly in E. coli and purified to gram scale by different methods. Material testings confirmed the positive effect of DOPA on protein adsorption and adhesive strength. The artificial DP showed the best results in the adsorption test. In the tensile shear test, the highly hydroxylated Mefp-3 exhibited similar strong tensile shear strength as a commercial glue independent of the tested surface (SiO2, Al).