Studie provedená zubními lékaři u perel by mohla vést k vytvoření materiálů odolných vůči lomu

Vedlejším produktem obranného mechanismu ústřice je perla, která vzniká v reakci na poranění tkání pláště podrážděním – parazitem nebo zrnkem písku. Oddělené buňky spadnou do vnitřní tkáně, kde se rozmnoží a vytvoří uzavřenou vakovitou strukturu, která zablokuje poškozené zbytky tkáně. Tato dutina se pak zaplní základní hmotou z proteinů, dále pak minerály, a nakonec se vytvoří perla.

Zatímco je známo, že tento ohromující výtvor přírody je tvořen z 95 procent z uhličitanu vápenatého a z 5 procent z organické základní hmoty, úloha proteinů udávajících jejich organizaci byla až donedávna nejasná. Podle vědců může tato znalost posunout pochopení základních molekulárních mechanismů podílejících se na vzniku perly a pomoci tím také vývoji materiálů odolných vůči lomu. Ty by mohly mít celou řadu uplatnění, včetně výroby lepších zubních implantátů, v leteckém průmyslu a v přenosu energie.

Dr. Gaurav Jain, postgraduální spolupracovník na NYU Dentistry a vedoucí autor studie, v rozhovoru pro Dental Tribune International řekl: „Naše laboratoř se zajímá o pochopení odolnosti vůči lomu a tvrdost perleťové vrstvy perly ústřice. Za tímto účelem jsme pracovali s celou řadou pro perly specifických proteinů, které vytvářejí úložiště minerálních krystalů v perle. Tyto proteiny se začleňují do krystalů a tvoří nanoporozity, díky nimž je výsledný krystal lehčí a odolný vůči lomu. Naším cílem je využít přístup „zdola nahoru“ a prostudovat tyto modelové proteiny tak, abychom objevili nové principy pro navrhování odolných dentálních kompozitů a materiálů k opravě kostí.“

Proces tvorby Pinctada fucata, japonské ústřice využívané ke kultivaci perel, je zprostředkováván 12člennou rodinou proteinů známých jako krycí gen Pinctada fucata, nebo PFMG. PFMG1 a PFMG2 jsou části proteomu PFMG, který tvoří perlu a podílí se na tvorbě a opravě lastury. Díky rekombinantním verzím PFMG1 a PFMG2 vědci využili několik různých technik, při nichž zkoumali chování proteinů a krystalů za různých podmínek napodobujících mořskou vodu.

Zjistili, že PFMG1 a PFMG2 se spojují za vzniku hydrogelu, ve kterém hraje každý protein svoji specifickou úlohu. PFMG2 určuje velikost hydrogelových sestav a upravuje vnitřní strukturu proteinových vrstev, zatímco PFMG1 zvyšuje stabilitu malých iontových shluků, které se spojují za vzniku vrstev uhličitanu vápenatého v perle.

Tato studie nazvaná „Functional prioritization and hydrogel regulation phenomena created by a combinatorial pearl-associated two-protein biomineralization model system“ byla zveřejněna v časopise Biochemistry dne 26. června 2017.

Štítky: