Tandlægestudie fastslår rollen som proteiner, der producerer perler

Perler er blandt naturens smukkeste kreationer, og har været værdsat i utallige århundreder. Under ens iriserende overflade ligger en sej og elastisk struktur lavet af indviklede arrangerede fliser af calciumcarbonat organiseret af et besætning af proteiner, der styrer dets dannelse og reparation.

Selvom det er kendt, at perler er lavet af calciumcarbonat med en organisk matrixkerne, proteinernes rolle, der modulerer organisationen af ​​disse krystaller, har, indtil for nylig, været uklar.

Forskere ved New York University College of Dentistry (NYU Dentistry) rapporterede rollen som to sådanne proteiner, den første to-protein undersøgelse af sin art, der regulerer processerne op til dannelsen af ​​perle. Undersøgelsen blev offentliggjort online i juli i tidsskriftet Biokemi , et tidsskrift for American Chemical Society.

En perle er et biprodukt af en østers forsvarsmekanisme, dannet som reaktion på skade på kappevævet af et irritationsmiddel, såsom en parasit eller sandkorn. Frittliggende celler falder ned i det indre væv, hvor de formerer sig og danner en lukket sæklignende struktur for at lukke de skadede rester af. Dette hulrum fyldes derefter med matrixproteiner efterfulgt af mineral.

Mineralet består af to calciumcarbonatkomponenter:et indre prismatisk lag kendt som calcit og et yderste lag kendt som aragonit eller det skinnende lag. Begge lag ligner kemisk på selve østersskallen.

"I tilfælde af Pinctada fucata, en japansk perleøsters, der skaber dyrebare perler til perleindustrien, perledannelsesprocessen medieres af en 12-delt proteinfamilie kendt som Pinctada Fucata Mantle Gene, eller PFMG. PFMG1 og PFMG2 er en del af dette PFMG -proteom, der ikke kun danner perlen, men fungerer også som 'vedligeholdelsesbesætning', der deltager i dannelsen og reparationen af ​​skallen, "forklarede John S. Evans, DMD, Ph.d., professor i grundvidenskab og kraniofacial biologi ved NYU Dentistry og undersøgelsens tilsvarende forfatter.

Lidt er kendt om disse proteiner bortset fra at de kommer til udtryk i østersmantelvævet. Ved hjælp af de rekombinante versioner af PFGM1 og PFMG2, forfatterne brugte flere karakteriseringsteknikker til at studere proteiners og krystallers adfærd under forskellige forhold, der efterligner havets vand.

"Det, vi fandt, er, at PFMG1 og PFMG2 kombineres for at danne en hydrogel, og inden for denne hydrogel spiller hvert protein en specifik rolle. PFMG2 bestemmer størrelsen af ​​hydrogelaggregaterne og regulerer proteinfilmernes indre struktur, der henviser til, at PFMG1 øger stabiliteten af ​​små ioniske klynger, der kombineres til dannelse af calciumcarbonatlag af perle, "sagde Gaurav Jain, Ph.d., en postdoktor i Dr. Evans's laboratorium og undersøgelsens hovedforfatter.

"Imidlertid, når der er dannet mineralske krystaller, PFMG1 og PFMG2 arbejder sammen og sætter prikken over i'et ved perlen ved synergistisk at ændre mineralsk krystaloverflader og skabe interne porøsiteter. Interaktionerne mellem begge proteiner forstærkes af calciumioner muligvis på grund af interaktioner mellem forskellige domæner af PFMG1 og PFMG2, "sagde Martin Pendola, Ph.d., også en postdoktor i Dr. Evans's laboratorium, en medforfatter.

"Perle - som i det væsentlige er en udvendig version af bløddyrskallen - består af 95 procent calciumcarbonat og 5 procent organisk matrix. Denne sammensætning gør perle til cirka 1, 000 gange hårdere end rent calciumcarbonat - og et af de mest elastiske og lette materialer, der findes i en levende organisme, "sagde Jain.

Denne forskning fremmer ikke kun forståelsen af ​​de underliggende molekylære mekanismer for perledannelse, hvilket kan have konsekvenser for kvalitet og produktivitet i perleindustrien, men kan også hjælpe med udviklingen af ​​brudbestandige materialer. Disse elastiske materialer kan have en række forskellige anvendelser, herunder ved fremstilling af forbedrede tandimplantater, materialer til rumfartsapplikationer, eller energitransmission.