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Elektrisch geladene Arme umklammern Öltröpfchen

Das Zwiebelprinzip in der Sojabohne

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Max-Planck-Institut für Polymerforschung

Maß nehmen mit Neutronenstreuung

Für Wissenschaftler um Vilgis standen diese in der Natur vorkommenden Nanopartikel schon seit längerem im Fokus der Forschung, aber die genaue Struktur der Oleosome war bisher unbekannt. Aufklärung brachte erst eine genaue Analyse über Kleinwinkelneutronenstreuung. Dazu wurden an den Forschungsreaktoren in Grenoble und Oxford Neutronen auf die Nanopartikel geschossen und aus deren Ablenkung Rückschlüsse über die Struktur der Partikel geschlossen.

Ergänzendes zum Thema
Details zur Größenbestimmung der Oleosome

Möglich wird dies durch Kontrastvariationsverfahren mit Mischungen von unterschiedlichen Konzentrationen aus „schwerem Wasser“ (dessen Wasserstoffatome durch Deuterium ersetzt wurden) und „normalem Wasser“. Die Neutronen werden von Deuterium und Wasserstoff vollkommen unterschiedlich abgelenkt, was mit der sogenannten Streulänge beschrieben wird. Diese hat sogar für Deuterium und Wasserstoff ein unterschiedliches Vorzeichen. Somit lassen sich, ähnlich wie bei der Wahl entsprechender Brechungsindizes in der Optik, verschiedene Schichten des Oleosoms selektiv für die Neutronen aus- und einblenden. Aus den Mustern der gestreuten Neutronen lassen sich damit Struktur und Größe der Ölkörperchen bestimmen.

Die Forscher konnten den Durchmesser der Oleosome auf 278 Nanometer bestimmen. Das entspricht etwa einem Drittel des Durchmessers von einem roten Blutkörperchen. Die äußere Schicht der ins Wasser ragenden Proteinärmchen zeigt sich mit 9 Nanometern dicker als bisher angenommen. Grund dafür sind die darauf vorhandenen positiv elektrischen Ladungen: wegen deren Abstoßung bleibt nur der Ausweg in die wässrige Umgebung der Zelle und damit weg vom Oleosom. Auch die Temperaturstabilität der Ölkörperchen bis zu 90 °C konnte über die Neutronenstreumessungen direkt verifiziert werden.

Transportbereit, innen wie außen

Aus der genauen Kenntnis der Struktur der Nanopartikel aus der Sojabohne erhoffen sich die Forscher eine ganze Reihe Anwendungen: Mit derartigen natürlichen Nanopartikeln könnten wasser- und fettlösliche Nährstoffe gezielt platziert und transportiert werden. Während Öl-lösliche Nährstoffe (z.B. Vitamine) in das Innere der Partikel geschleust werden können, lassen sich wasserlösliche Stoffe an deren Oberfläche haften. Möglich wird dies durch die elektrisch geladenen Oleosine, deren Ladung sich über den pH-Wert steuern lässt: Die Oleosome sind in saurer Umgebung positiv, in basischer Umgebung negativ geladen.

Damit lassen sich die Nanopartikel auch auf eine vielfältige Weise mit Biopolymeren jeweils gegensätzlicher Ladung „verkapseln“. Dies wurde in der Vergangenheit z.B. bereits mit Pektin – einem bekannten Zucker und Geliermittel – durchgeführt. Auch hier konnte die Schichtdicke des Pektins mit Neutronenstreuung gemessen werden. Damit sind neue Formen von pflanzlichen Lebensmitteln auf Oleosombasis denkbar. Den Wissenschaftlern zufolge beschränken sich die Erkenntnisse nicht auf Sojabohnen, sondern lassen sich auch auf die Oleosome anderer Ölsaaten wie Haselnüsse oder Leinsamen erweitern. Neue Ansätze, z.B. für die geriatrische Ernährung könnten daher ebenfalls realisiert werden.

Originalpublikation: Birgitta I.Zielbauer, Andrew J. Jackson, Sania Maurer, Gustav Waschatko, Marta Ghebremedhin, Sarah E. Rogers, Richard K. Heenan, Lionel Porcar, Thomas A. Vilgis: Soybean oleosomes studied by small angle neutron scattering (SANS). Journal of Colloid and Interface Science, Volume 529, 1 November 2018, Pages 197-204, DOI: 10.1016/j.jcis.2018.05.080

* Dr. C. Schneider Max-Planck-Institut für Polymerforschung, 55021 Mainz

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