Miesmuscheln nutzen einen chemischen Trick, um sich an verschiedenartige Oberflächen anheften zu können: Einer der Hauptbestandteile ihrer Klebeproteine, ein kleines Molekül namens Dopa, kommt unter den im Meer herrschenden Bedingungen in zwei verschiedenen Formen vor. Eine dieser Varianten haftet sehr gut an Metallen oder Mineralien, während die andere eine starke Bindung mit organischen Materialien aller Art eingeht. Das haben amerikanische Forscher mithilfe eines Rasterkraftmikroskops gezeigt. Auf diese Weise gelingt es den Muscheln, sowohl metallische Schiffsrümpfe als auch Holz oder gar die Haut von Walen zu besiedeln.
Schon länger ist bekannt, dass Dihydroxyphenylalanin, kurz Dopa, der Schlüsselfaktor bei der Bildung des Muschelklebstoffs ist. So verknüpft das kleine Molekül beispielsweise die verschiedenen Eiweißfäden im zuerst flüssigen Haftmittel fest miteinander und härtet den Bioklebstoff auf diese Weise. Auch gilt die Substanz, die interessanterweise gleichzeitig als Wirkstoff für die Behandlung der Parkinson-Krankheit eingesetzt wird, als wichtigster Faktor für die ungewöhnlich hohe Haftfähigkeit des Klebstoffs auf nassen Oberflächen. Wie genau Dopa diese gute Haftung ermöglicht, war bislang allerdings nicht bekannt.
Um die Grundlagen der Klebewirkung besser zu verstehen, versahen Forscher die Spitze eines Rasterkraftmikroskops mit einem einzelnen Dopa-Molekül und maßen anschließend, wie stark seine Wechselwirkung mit verschiedenen Materialien war. Dabei stießen sie auf zwei verschiedene Effekte: Kam das Dopa-Molekül mit einer anorganischen Oberfläche in Kontakt, heftete es sich mit einer unerwartet starken Kraft an das Material, ohne dabei jedoch eine chemische Bindung im klassischen Sinn auszubilden. Mit einer organischen Oberfläche kam es dagegen kaum zu einer Wechselwirkung, so dass es praktisch keinen Hafteffekt gab.
Das änderte sich jedoch, als die Forscher die Randbedingungen des Versuchs denen im Meerwasser anglichen. Dabei veränderte sich auch die chemische Struktur des Dopa ? mit der Folge, dass es feste Bindungen zu verschiedenen organischen Oberflächen ausbildete und dafür kaum noch an den anorganischen haftete. Da im echten Meerwasser ein Gleichgewicht zwischen den beiden Dopa-Versionen herrscht und demnach ein Teil der Moleküle in der unveränderten und ein Teil in der modifizierten Form vorliegt, stehen den Muschen beide Haftvarianten zur Verfügung, schließen die Forscher. Sie hoffen, durch ein besseres Verständnis des Muschelklebers dessen ungewöhnliche Eigenschaften in einer künstlichen Variante nachahmen zu können. So könnten beispielsweise Klebstoffe für medizinische Implantate verbessert werden.
Phillip Messersmith (Northwestern University, Evanston) et al.: PNAS, Online-Vorabveröffentlichung, DOI: 10.1073/pnas.0605552103. ddp/wissenschaft.de ? Ilka Lehnen-Beyel
