Neu an der Uni: Prof. Ingrid Weiß

Faszination für Entstehungsprozesse von Biomaterialien

Mitte 2016 hat Prof. Ingrid Weiß die Leitung der Abteilung Biobasierte Materialien des Instituts für Biomaterialien und biomolekulare Systeme an der Fakultät Energie-, Verfahrens- und Biotechnik übernommen und beschäftigt sich dort mit Systemprozessen an der Grenze zwischen Biologie und Materialwissenschaften. Die Biologin habilitierte in Regensburg und forschte zuletzt am Leibniz Institut für neue Materialien in Saarbrücken. An der Universität Stuttgart reizen sie besonders die vielfältigen Möglichkeiten für Kooperationen und die wichtigen Investitionen in die Infrastruktur.

Natur ist künstlicher Produktion in vielfacher Hinsicht überlegen
Bei der Bildung von Biomaterialien, wie Klauen, Fingernägel, Muschelschalen, Federn oder Insektenflügel positionieren Organismen bzw. deren Zellen jedes Molekül, jedes Atom an die richtige Stelle. Keine Maschine ist bisher in der Lage, diesen hohen Ordnungsgrad bei der Produktion zu erreichen, schon gar nicht unter normalen Umweltbedingungen, wie die Organismen es vormachen, sondern nur unter extremen Bedingungen wie hoher Druck oder Temperatur. „Die Natur schafft es, aus einem weichen, fast flüssigen tortengussartigen Gewebe wie der Auster feste, funktionelle Materialien zu produzieren“, erklärt Ingrid Weiß fasziniert. Auch die Vielfältigkeit und die Funktionalität der von der Natur geschaffenen Materialien sind bisher unerreicht. Die Organismen können sehr feste, massive oder hauchdünne, weiche Strukturen produzieren. Die Materialien weisen oft eine große Festigkeit auf und sind trotzdem flexibel und nicht leicht zerbrechlich.

Erster Nachweis für ein Motorprotein gelungen
Die 46-Jährige züchtet hoch oben im 10. Stock des NWZ II (Pfaffenwaldring 57) ihr Forschungsmaterial: Austern und Miesmuscheln. „Schon zwei Tage nach der Befruchtung beginnen die Embryonen mit der Bildung von Polymeren“, berichtet sie. Wie das funktioniert, woher die Zelle weiß, was wann zu tun ist, diesem Geheimnis möchte sie auf die Spur kommen. Ein erster Schritt dazu ist ihr schon gelungen. Sie hat als erste weltweit nachweisen können, dass die Muschelart Atrina rigida ein Motorprotein besitzt, das als "Materialsensor" wirkt. Dieser Sensor „erkennt“, wann genug Material vorhanden ist, wann mit der Bildung einer neuen Polymer-Schicht begonnen werden und wann die Biomineralisation einsetzen muss. Inzwischen konnte ein derartiger Sensor bei drei verschiedenen Muschelarten gezeigt werden. 

Kommunikation zwischen Zelle und Material
Die Zellen besitzen eine molekulare Maschine, einen Synthese-Apparat, der weiß, wie Biopolymere hergestellt und zusammengefügt werden, ist sich Prof. Weiß sicher. Dass es diesen  Apparat gibt und wie er funktioniert, möchte die Biologin nachweisen und entschlüsseln: „Durch die Zugabe von bestimmten Stoffen können wir die Zelle stören.“ Dann werden die Baupläne nicht mehr fehlerfrei ausgeführt, sondern es entstehen Risse in den Schalen, die Größenverhältnisse passen nicht mehr, das Material wird zerbrechlich usw. „All dies sind Hinweise darauf, dass es hinter den Entstehungsprozessen der Biomaterialien Regulationsmechanismen gibt. Es muss eine Kommunikation zwischen Zelle und Material geben, die für die einwandfreie Bildung der Biomaterialien sorgt“, ist Weiß überzeugt.

 

Die Biologin Prof. Ingrid Weiß ist begeistert darüber, dass Organismen wie Schnecken, Muscheln und Krebstiere es schaffen, aus einem weichen Gewebe feste, funktionelle Materialien zu produzieren. (c) Uni Stuttgart/Regenscheit
Die Biologin Prof. Ingrid Weiß ist begeistert darüber, dass Organismen wie Schnecken, Muscheln und Krebstiere es schaffen, aus einem weichen Gewebe feste, funktionelle Materialien zu produzieren.

Hervorragende Kooperationsmöglichkeiten
Für ihre Forschungen ist die Zusammenarbeit mit verschiedenen Fachgebieten von großer Bedeutung. „Hinsichtlich Kooperationsmöglichkeiten ist die Universität Stuttgart ein Paradies für mich“, schwärmt Ingrid Weiß, „ein vergleichbares Umfeld wie hier finde ich weltweit nirgendwo anders in unserem Fachgebiet.“ Das fängt mit den Kolleginnen und Kollegen im eigenen Institut und in der eigenen Fakultät an. Zudem gibt es enge Querverbindungen von der Biologie zu den Fachbereichen Physik, Chemie und Medizin-, und Verfahrenstechnik sowie der Bioinformatik und dem HLRS. Auch mit der Fakultät 7 Konstruktions-, Produktions- und Fahrzeugtechnik und der Architektur gibt es Überschneidungen. Es sei wichtig, experimentell arbeitende Wissenschaftler mit theoretisch arbeitenden Wissenschaftlern zusammenzubringen und „mit unseren Erkenntnissen über die Grundlagen der Biologie können wir eine Brücke zu den Anwendungen schlagen“. Darüber hinaus gefällt der Grenzgängerin zwischen Biologie und Materialwissenschaften, dass sie in Stuttgart mit dem Studiengang Technische Biologie den Studierenden vom ersten Semester an die Komplexität der Forschung ihres Fachbereichs nahebringen kann.

Neues Zentrum für Elektronenmikroskopie
Mit Prof. Stefan Weihe, dem Direktor der Materialprüfanstalt (MPA) sind viele gemeinsame Kooperationen geplant. „Wir sind an der gleichen Fakultät, aber überspannen ein ganz weites Gebiet mit unserer Zusammenarbeit.“ An der MPA entsteht ein Elektronenmikroskopie-Zentrum, die Mittel dazu wurden im Zuge von Ingrid Weiß´ Berufung freigegeben. 

Know how ist schon viele Millionen Jahre alt
Stuttgart und die Umgebung gefallen der aus Bayern stammenden Professorin sehr. Wenn sie nicht arbeitet, fährt sie gerne Motorrad. Die Schwäbische Alb, die sie auf dem Weg in die Heimat und die Alpen oft überquert, erinnert sie mit ihrer Vielzahl an Fossilien daran, dass es schon vor Millionen von Jahren Organismen gab, die das Know how hatten, Biomaterialien herzustellen. Schon als Kind sammelte sie Schnecken und wünschte sich ein eigenes Mikroskop, erinnert sich die Professorin. Die Begeisterung und Faszination haben sie seitdem nicht mehr verlassen, dass spürt man sofort, wenn Ingrid Weiß über ihre Forschungstätigkeit spricht.

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