Marine Naturstoffe: Meeresbewohner als Vorbild
Glatte Schiffsrümpfe dank Schwammwirkstoffen
06.08.2012 – Pharmazeuten und Chemiker der Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf sind einem Geheimnis der Schwämme für ein saubere Oberfläche auf die Spur gekommen. Wissenschaftler um Prof. Dr. Peter Proksch haben den Mechanismus gefunden, wie Schwämme das so genannte Fouling verhindern. Sie haben einen Schwammwirkstoff synthetisiert und hoffen nun, diesen technisch zum Beispiel als Antifouling-Farbe einsetzen zu können.
Für Schwämme im Meer ist es überlebensnotwendig, dass ihre Oberflächen sauber bleiben. Denn wenn sie mit Bakterien und Makroorganismen überzogen werden, wird ihr empfindlicher Mechanismus zur ihrer Nahrungsaufnahme innerhalb kürzester Zeit zerstört. Schwämme haben darum ausgeklügelte Mechanismen entwickelt, wie sie das so genannte Fouling – die Besiedlung mit allerlei Schadorganismen – verhindern.
„Schwämme sind die Stars unter den Naturstoffproduzenten“, so Prof. Dr. Peter Proksch vom Institut für Pharmazeutische Biologie und Biotechnologie der Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf. Darum stehen Schwämme, genauer Hornschwämme der Gattung „Ianthella basta“ aus dem Indopazifik, im Fokus von Düsseldorfer Pharmazeuten und Chemikern. Sie sind eine wahre Fundgrube für antibakteriell und anderweitig höchst interessante Wirkstoffe.
Die zentrale Fragestellung, die die Düsseldorfer Forscher antreibt: Wie verhindern Schwämme, dass sich Makroorganismen wie etwa Seepocken auf ihrer Oberfläche festsetzen? Denn haben sich Fremdorganismen erst einmal angesiedelt, ist alles zu spät: Die Organismen verfügen über einen unlöslichen Biokleber. Die Schwämme müssen deshalb verhindern, dass sich der Kleber überhaupt bildet. Sie bilden dafür einen Wirkstoff, die ein Enzym blockiert, dass für die Kleberproduktion verantwortlich ist.
Proksch: „Wenn wir diesen Schutzmechanismus der Schwämme für Schiffsfarben nachbauen können, ist dies ein großer technischer und auch ökologischer Fortschritt“. Heute verwendete Antifoulinganstriche für Schiffe und Meeresgebäude enthalten hochgiftige Substanzen, die die Besiedler vergiften. Doch werden diese Giftstoffe auch ausgeschwemmt und vergiften die Meere.
Die Schutzsubstanz der Schwämme (bromierte Phenolderivate) konnte in Düsseldorf identifiziert und isoliert werden. Im Rahmen einer von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) geförderten „Forschergruppe“ wollen die Düsseldorfer Pharmazeuten und Chemiker demnächst diesen Wirkstoff weiter modifizieren, um ihre Wirkung noch zu erhöhen und sie für den technischen Einsatz in einem Schiffsanstrich zu optimieren und langfristig zu stabilisieren. Denn die Farbe muss mindestens fünf Jahre lang halten und wirkungsfähig bleiben, eine unter den Bedingungen der rauen See schwierige Anforderung.
In weiteren Forschungsschritten will man ein für den technischen Einsatz geeignetes Syntheseverfahren entwickeln und den neuen Wirkstoff an Meerestieren testen. Es muss sichergestellt werden, dass er im Meer unbedenklich eingesetzt werden kann.
Die Vorbereitung des Antrags bei der DFG wird von der Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf durch den „Strategischen ForschungsFond“ unterstützt.
Fouling – schädliche Besiedlung von Oberflächen im Wasser
Unter Fouling versteht man die Besiedlung von Oberflächen im Wasser. Ein Objekt, ob Stein oder Schiff, wird im Wasser innerhalb kürzester Zeit von Mikro- und Makroorganismen besiedelt. Diese Schicht auf den Oberflächen ist ein mehrfaches Ärgernis. Zum einen greift sie die Oberflächen selbst an und fördert die Korrosion. Zum anderen macht sie – gerade bei Schiffen – die Oberflächen rau und erhöht so den Strömungswiderstand. Die Schiffe werden langsamer und verbrauchen erheblich mehr Energie.
Zuerst bilden Bakterien einen schleimigen „Rasen“, der wiederum die Grundlage für Makroorganismen wie Seepocken, Algen und Muscheln bildet. Und diese Makroorganismen haften bombenfest, denn sie produzieren einen ultrastarken Biokleber, der auch stärkste mechanische Belastung, zum Beispiel durch Strömungen, standhält. Während die Düsseldorfer Forscher verhindern wollen, dass sich dieser Biokleber überhaupt bildet, ist er ansonsten aber ein spannender Forschungsgegenstand mit vielen möglichen technischen Anwendungen.
Strategischer ForschungsFond
Die Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf hat den Strategischen ForschungsFond eingerichtet, um den wissenschaftlichen Nachwuchs an der HHU zu unterstützen und die Zusammenarbeit über Fakultätsgrenzen hinweg zu intensivieren. Er schärft das Forschungsprofil der HHU.
Unter anderem können Wissenschaftler aus dem Strategischen ForschungsFond eine Anschubfinanzierung für den Aufbau von drittmittelfinanzierten Forschungsverbünden, wie etwa eine DFG-Forschergruppe, erhalten.
Kontakt
Prof. Dr. Peter Proksch
Institut für Pharmazeutische Biologie und Biotechnologie
Tel.: 0211 81‑14163
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