Väitös, biotekniikka DI Maaria Malkamäki

Väitöskirjan nimi: Understanding the assembly process of structural proteins into functional materials

Väittelijä: Maaria Malkamäki
Vastaväittäjä: Professori Tiffany Abitbol, École polytechnique fédérale de Lausanne (EPFL), Sveitsi
Kustos: professori Markus Linder, Aalto-yliopiston kemian tekniikan korkeakoulu

Luonnosta löytyy esimerkkejä kiehtovista proteiinipohjaisista materiaaleista, kuten hämähäkinsilkit. Ne ovat tunnettuja poikkeuksellisista ominaisuuksistaan, joita ovat korkea vetolujuus sekä venyvyys. Hämähäkin silkkikuidut muodostuvat silkkiproteiinien tarkan itsejärjestäytymisprosessin kautta, mutta verrannollisia ominaisuuksia omaavien silkkimateriaalien valmistus laboratoriossa on osoittautunut haastavaksi järjestäytymisprosessin puutteellisen ymmärryksen takia. Tämän johdosta syvempi ymmärrys proteiinien järjestäytymisprosessista korkean suorituskyvyn materiaaleiksi ja siihen vaikuttavista tekijöistä tarvitaan, jotta uusien uusiutuvien proteiinimateriaalien kehitys on mahdollista.

Tässä väitöskirjatyössä tutkittiin bakteereiden tuottamien hämähäkin silkin kaltaisten proteiinien järjestäytymisprosessia liuoksesta kiinteäksi materiaaliksi, kuten pinnoitteiksi. Lähiympäristön, kuten liuottimien, suolojen, pintojen, ilmankosteuden sekä jälkikäsittelyiden, vaikutusta silkkiproteiinien järjestäytymiseen liuoksessa, kuivumisen aikana sekä kiinteässä materiaalissa tutkittiin. Etanolin löydettiin vaikuttavan silkin laskostumiseen ja järjestäytymiseen nesteessä sekä parantavan kiinteiden silkki pinnoitteiden kiinnittymistä erilaisiin pintoihin, kuten lasiin, muoveihin ja nitroselluloosaan. Tiettyjen pintamateriaalien huomattiin muuttavan silkin järjestäytymistä, joka johti suuntautuneiden nanokuitujen muodostumiseen polytetrafluorieteenillä (PTFE, Teflon) ja vettähylkivän sekä kestävän pinnoitteen muodostumiseen biomineralisoidun bakteeriselluloosan päälle.

Yhdessä nämä tulokset näyttävät, että rekombinanttisista silkkiproteiineista voidaan valmistaa materiaaleja, joilla on erinomaiset ominaisuudet. Työn löydökset parantavat ymmärrystämme proteiinien järjestäytymisprosessista ja siihen vaikuttavista tekijöistä korkean suorituskyvyn materiaaleja valmistettaessa. Tulevaisuudessa löydökset tulevan auttamaan tutkijoita täysin hallitsemaan materiaalien järjestäytymistä ja siten kehittämään kestäviä proteiinimateriaaleja, joilla on erinomaisia räätälöityjä ominaisuuksia.

Avainsanat: rekombinantti silkkiproteiini, proteiinien järjestäytyminen, pinnoite, biomimeettinen materiaali

Linkki väitöskirjan sähköiseen esittelykappaleeseen (esillä 7 päivää ennen väitöstä): Aalto-yliopiston riiputussivu.