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Damit beschreibt das Forscherteam erstmals ein Biomaterial aus einem eukaryotischen Einzeller (Protist) und macht Tintinnen zu einem neuen Modellsystem für die künftige Entwicklung fortschrittlicher Biomaterialien. Biomaterialien mit außergewöhnlichen Eigenschaften, wie etwa Spinnenseide oder Muschelfäden, sind bisher vor allem von Tieren bekannt. Das Forscherteam entschlüsselte nun ein überraschendes Gegenstück aus der Welt der Einzeller.
"Biomaterialien können zukünftig künstliche Materialien, zum Beispiel Plastik, Kunstfasern, Beschichtungen, etc. ersetzen und sind dabei nachhaltig, umweltfreundlich, und zeigen oftmals überlegene Eigenschaften", erklärte Maximilian Ganser, Erstautor der Studie, gegenüber der APA. "Die Verbindung von Grundlagen- und angewandter Forschung in diesem Bereich könnte generell die Abhängigkeit von Materialien, die aus fossilen Quellen bestehen, reduzieren."
Tintinnen sind mikroskopisch kleine Einzeller, die mit rund 1.000 Arten im Meer und im Süßwasser leben. Die Besonderheit dieser Einzeller ist ihre kunstvoll geformte Schale, die sich innerhalb weniger Minuten selbstständig aus dem von den Zellen ins Wasser abgegebenen Material bildet. Das Schalenmaterial ist ungewöhnlich widerstandsfähig und hält selbst hohen Temperaturen und starken Chemikalien stand. Trotz langjähriger Forschungsbemühungen blieb die Zusammensetzung der Schalen unklar. "Nun ist der Durchbruch Einzeller-Forschenden vom Fachbereich Umwelt und Biodiversität der Universität Salzburg gelungen", hieß es in der Aussendung.
Diese neu entdeckte Familie von Strukturproteinen kommt nur bei Tintinnen vor und wird daher von den Forschenden als "Tintinnidorin" bezeichnet. Tintinnidorin-Proteine sind besonders stabil, widerstandsfähig und haften selbst in feuchter, salziger Umgebung. Anders als die proteinösen Fäden von Spinnen oder Seidenraupen können diese Proteine vielfältige Formen und Strukturen bilden und vereinen Eigenschaften, die für die Entwicklung von Biomaterialien besonders interessant sind.
"Alle bisher bekannten Protein-Biomaterialien, die als Vorbild für bioinspirierte Werkstoffe dienen, stammen aus Tieren. Unsere Studie zeigt erstmals, dass auch eukaryotische Einzeller hochinteressante biologische Materialien erzeugen", erläuterte Ganser. "Als Einzeller, die ihr Schalenmaterial einfach in das umgebende Wasser absondern, sind die Tintinnen ein einfacheres und zugänglicheres Modellsystem als Spinnen und Seidenraupen mit ihren komplexen Spinnorganen. Damit können wir die bisherige Biomaterial-Forschung weiterentwickeln und untersuchen, wie aus Proteinen stabile biologische Materialien entstehen", ergänzte Sabine Agatha, Leiterin der Forschungsgruppe "Protistologie".
Laut Ganser ist es bisher deshalb so schwierig gewesen, die Schalen-Zusammensetzung herauszufinden, weil das Material sehr widerstandsfähig ist, einzigartige Eigenschaften vereint, und damit konventionelle Analysen keine interpretierbaren Ergebnisse geliefert haben. Die Entwicklung und Kombination moderner Methoden, die es beispielsweise ermöglichen, genetische Informationen aus einer einzigen Zelle zu gewinnen, hätten dazu beigetragen, das Rätsel zu lösen. "Ein weiterer wichtiger Punkt ist der Fokus der Forschung in diesem Bereich, der in den letzten Jahrzehnten primär auf Tieren lag: Thema Spinnenseide."
Theoretisch kann solch ein Material beispielsweise als säure- und hitzebeständige Beschichtung dienen, sagte Ganser. Beispielsweise als Klebstoff, der auch im Salzwasser funktioniert. Diverse medizinische Anwendungen wären ebenfalls denkbar, da solche Biomaterialien oft "biokompatibel" seien, also vom menschlichen Körper gut vertragen werden, zum Beispiel als Wundkleber und für die Geweberegeneration. Dazu wäre aber eine weiterführende Forschung nötig. "Ein großer Vorteil gegenüber bisher bekannten Protein-Biomaterialien ist, dass unsere Einzeller viel leichter zu untersuchen und zu manipulieren sind, als Tiere mit ihren komplexen Organen, wie z.B. Spinnen. "Daher war es bisher auch noch nicht möglich, Spinnenseide mit ihren gleichen natürlichen Eigenschaften synthetisch nachzubauen."
Die Studie kombiniert innovativ und interdisziplinär neueste Methoden aus unterschiedlichen Forschungsbereichen der Universität Salzburg und der Forschungsgruppe von Laura A. Katz vom Smith College in den USA. Damit wurden Synergien zwischen eukaryotischer Mikrobiologie, Proteomik, Strukturbiologie und Bioinformatik entwickelt. Analysen der Schalen und der genetischen Baupläne in den Tintinnen-Zellen lieferten übereinstimmende Aminosäure-Sequenzen der Tintinnidorin-Proteine. Die Aufklärung der Schalen-Zusammensetzung wurde durch Christof Regl vom Fachbereich Biowissenschaften und medizinische Biologie unterstützt. "Die Sequenzen und Strukturen der Tintinnidorin-Proteine sind einzigartig. Viele der erstaunlichen Eigenschaften dieser Proteine findet man nicht in normalen - globulären - Proteinen. Aktuell verwendete Struktur-Berechnungen sind allerdings auf globuläre Proteine ausgelegt und stoßen daher an ihre Vorhersagegrenzen", fasste Markus Wiederstein vom Fachbereich Biowissenschaften und medizinische Biologie zusammen.
Die große Vielfalt der rund 1.000 Tintinnen-Arten lässt darauf schließen, dass noch zahlreiche, bisher unbekannte Tintinnidorin-Varianten existieren. Um das Potenzial dieser natürlichen Materialien für nachhaltige Anwendungen zu nutzen, sollen die zugrunde liegenden Prinzipien gezielt in einem zukünftigen Projekt erforscht werden. Im Rahmen eines vom Österreichischen Wissenschaftsfonds geförderten Projekts wurden die Forschungsergebnisse unter dem Titel "Self-assembling proteins compose the chemically resistant shell biomaterial of planktonic tintinnid ciliates" im Fachjournal Nature Communications am 13. Juni 2026 veröffentlicht.
Service: Publikation: Ganser, M. H., Wiederstein, M., Regl, C., Katz, L. A. & Agatha, S. Self-assembling proteins compose the chemically resistant shell biomaterial of planktonic tintinnid ciliates. Nature Communications, veröffentlicht am 13. Juni 2026. DOI: 10.1038/s41467-026-74402-4. Autor*innen: Maximilian H. Ganser, Markus Wiederstein, Christof Regl, Laura A. Katz und Sabine Agatha)
SALZBURG - ÖSTERREICH: FOTO: APA/Maximilian Ganser/Maximilian Ganser
