Nach fast einem Jahrhundert wissenschaftlicher Untersuchungen haben Wissenschaftler endlich eine Schlüsselkomponente in der Substanz namens Melanin charakterisiert, die dafür verantwortlich ist, unzähligen lebenden Organismen ihre Farbe zu verleihen.
Ein Wissenschaftler, der in einem Labor arbeitet – illustratives Foto. Bildnachweis: Edward Jenner über Pexels, kostenlose Lizenz
In der Studie, online veröffentlicht in der Zeitschrift Nature Chemistry, Ein internationales Forscherteam isolierte ein Schlüsselmolekül, das an der Synthese von Melanin, eine Substanz im menschlichen Körper, die Pigmentierung in Haar und Haut hervorruft und die Zellen vor Schäden durch UV-Strahlung der Sonne schützt.
Das von ihnen untersuchte Molekül hat viele physikalische Eigenschaften von Eumelanin, einer Melaninart, die typischerweise nur schwarze und braune Pigmente produziert.
Trotz allem, was Forscher über Melanin wissen, sei seine chemische Struktur schwer fassbar geblieben, sagte er Bern Köhler, ein Ohio Eminent Scholar und Professor für Chemie und Biochemie an der Ohio State University, einer von drei älteren Autoren.
„Melanin ist so klar wie die Nase in unserem Gesicht und wir wissen immer noch nicht genau, woraus es besteht und wie es wirkt“, sagte Kohler. „Es wird angenommen, dass es sich um ein Material handelt, das aus einer großen Anzahl von interagierenden Komponenten besteht, und was meine Mitarbeiter und ich versuchen herauszufinden, ist, was die zugrunde liegenden chemischen Einheiten von Melanin sind und welche Wechselwirkungen zu seinen Eigenschaften führen?“
Im Labor kann Melanin auf natürliche Weise aus nur wenigen einfachen chemischen Substanzen hergestellt werden, die sich verbinden oder reagieren, um das pigmentierte Material zu bilden. Dank der Bemühungen von Jean-Philip Lumb von der McGill University und Lluis Blancafort von der Universität Girona war das Team in der Lage, erfolgreich einen seiner Inhaltsstoffe in Molekülgröße zu synthetisieren und zu analysieren. Sie fanden heraus, dass es auch ohne weitere Umwandlung viele der gleichen Eigenschaften wie das Endprodukt Melanin hatte.
„Melanin ist wie ein komplexes Gericht, das man aus nur wenigen Zutaten kocht“, sagt Kohler. „Angesichts der Tatsache, dass Melaninkörner in der Haut Milliarden von Atomen enthalten, war es überraschend zu sehen, dass melaninähnliche Eigenschaften in einem Molekül auftreten, das nur ein paar Dutzend Atome enthält.“
Als Spektroskopiker – oder Wissenschaftler, der die Wechselwirkungen zwischen Materie und Licht untersucht – sagt Kohler, was er am bemerkenswertesten finde, sei die leuchtend grüne Farbe des melaninähnlichen Moleküls, das in der Lage sei, tiefrotes Licht zu absorbieren.
„Das ist für ein kleines Molekül sehr schwierig“, sagte Kohler. „Dies ist eines der kleinsten bekannten organischen Moleküle, das lange Wellenlängen bis ins Infrarote absorbieren kann.“
Seine ungewöhnlichen optischen und magnetischen Eigenschaften machen das melaninnachahmende Molekül zu einer attraktiven Perspektive für die Weiterentwicklung der Bioelektronikforschung, einem Gebiet, das darauf abzielt, Elektronik und lebende biologische Materialien zu verbinden, um neue Technologien oder Therapien für medizinische Behandlungen herzustellen, sagte Kohler.
Die Studienergebnisse deuten auch darauf hin, dass die Nutzung der Kraft von Melanin genutzt werden könnte, um die Art und Weise zu verändern, wie Menschen Energie aus unserer Umwelt gewinnen.
„Wie bei der Umwandlung von Sonnenenergie besteht ein Teil unserer Strategie für alternative Energien darin, Lichtphotonen aus dem gesamten Sonnenspektrum zu absorbieren“, sagte Kohler. „Das macht Eumelanin ganz natürlich.“
Zukünftige Forschung wird darauf abzielen, melaninähnliche Eigenschaften in ähnlichen Arten von Molekülen zu untersuchen. Solche Fortschritte könnten einen besseren Zugang zu synthetischen Biomaterialalternativen bieten, aber kurzfristig stellt sich Kohler vor, dass die Arbeit des Teams, ein melaninähnliches Molekül aufzudecken, andere Labore dazu inspirieren wird, genauer zu untersuchen, wie die Eigenschaften von Melanin aus anderen unerwartet kleinen molekularen Einheiten hervorgehen können.
„Unser Team ist begeistert, dass weitere Fortschritte beim Verständnis der Struktur von Melanin durch die Untersuchung maßgeschneiderter kleiner Moleküle wie dem, über das wir in diesem Artikel schreiben, gelingen können“, sagte er. „Die Chemie ist immer noch enorm komplex, aber das Interesse an kleinen Molekülen als Melanin-Modelle und das Versprechen, das sie für die Erzeugung neuer, von Melanin inspirierter Materialien halten, sollte wachsen.“
Quelle: Ohio State University
