Bližší pohled odhaluje axiální vlákna ve spikulech mořských hub tvořená proteiny

23. října 2017

by Bob Yirka , Phys.org

zpráva

Elektronově mikroskopický snímek skleněných spikulí z houby Geodia cydonium. Kredit: Zlotnikov Group, B CUBE, TU Dresden

Tým vědců s členy z Francie, Německa a Izraele zjistil, že proteiny, které tvoří axiální vlákna, jsou zodpovědné za způsob, jakým mořské houby vytvářejí skleněné skelety. Ve svém článku zveřejněném na webu Science Advances s otevřeným přístupem popisuje skupina své studium mořských tvorů, co zjistila a proč se domnívá, že by jejich práce mohla vést k pokroku při vytváření materiálů pro použití v nových optoelektronických zařízeních.

Mořské houby, jak vědci poznamenávají, jsou jedni z nejstarších tvorů na Zemi – fosilní záznamy ukazují, že pocházejí z doby před půl miliardou let. Vědci také poznamenávají, že za tu dobu se vyvinuly tak, že si vypěstovaly špičaté skleněné struktury, které tvoří jejich jedinečné přívěsky (kupodivu nemají žádné tkáně ani orgány). Dále poznamenávají, že bylo provedeno jen málo výzkumů, aby se lépe pochopilo, jak tyto struktury vznikají, když tvor dospívá, což je škoda, protože je zřejmé, že se tak děje bez potřeby ohnivých žhavých pecí. Aby se vědci dozvěděli, jak jsou mořští tvorové schopni vytvářet skleněné struktury, zkoumali tři typy těchto hub a konkrétněji jejich výrazné spikuly (jehlicovité struktury).

Tým použil rentgenovou difrakci a elektronový mikroskop, aby se blíže podíval na spikuly a axiální vlákna, kolem nichž se tvoří. Skupina přitom zjistila, že vlákna jsou tvořena proteiny poskládanými do hexagonální krystalické struktury. Vědci si všimli, že tyto struktury jsou téměř stejné u všech tří zkoumaných hub, i když každá z nich má jedinečný tvar spikul: jehlicovitý u Thethyra aurantium, trojcípé větve u Stryphnus ponderosus a špičaté koule u Geodia cydonium. Tým zjistil, že rozdíly ve výsledných tvarech jsou způsobeny tím, jak jsou proteiny rozmístěny a uspořádány. Sklo existuje jako nánosy oxidu křemičitého na bodlinách – bílkovina slouží jako šablona.

Vědci předpokládají, že další studium těchto tvorů může vést k vývoji podobného mechanismu pro výrobu drobných skleněných součástek pro použití v optoelektronických zařízeních, plazmonice a možná i solárních článcích.

Více informací: Vanessa Schoeppler et al. Shaping highly regular glass architectures: A lesson from nature, Science Advances (2017). DOI: 10.1126/sciadv.aao2047

Abstrakt
Výzkumníci zjistili, že proteiny, které jsou základem tvorby krystalických přívěsků, jsou zodpovědné za symetrický růst různých druhů výrazně tvarovaných spikul (neboli ostrých jehlicovitých struktur) u mořských hub – jednoho z nejstarších mnohobuněčných organismů, jehož fosilní záznam je starý více než půl miliardy let. Tvrdí, že jejich zjištění poskytují vhled do toho, jak se vyvíjejí symetrické struktury v biologických organismech, a mohou být potenciálně použity v technologiích, které využívají nanokrystalické materiály, jako jsou umělé anorganické drobné krystaly, které se v současné době zkoumají pro různé aplikace. Mechanismy, které se podílejí na tvorbě krystalů v živých organismech, jsou doposud z velké části neznámé, což Vanessu Schoepplerovou a její kolegy přimělo k dalšímu zkoumání trojrozměrného uspořádání ostnitých větví zvaných axiální vlákna, která tvoří houbovité spikuly. Autoři se zaměřili na tři typy mořských hub třídy Demospongiae: jehlicovité strongyloxie (Tethya aurantium), čtyřhranné dichotriaeny (Stryphnus ponderosus) a sterrastry (Geodia cydonium) s hyperrozvětvenými kulovitými spikulemi. Zajímavé je, že výsledky ukázaly, že bílkovinné krystaly, které tvoří vlákna, diktují chování rozvětvených spikul houby. Autoři poukazují na to, že ačkoli studované houby vykazují různě tvarované spikuly, všechny mají shodné charakteristiky související s bílkovinnými krystaly, které jsou součástí axiálních vláken. Schoeppler a spol. poznamenávají, že je nutné další zkoumání regulace větvení vláken, které by mohlo pomoci při budoucím vývoji nových materiálů, například pro solární články, plazmoniku, optoelektroniku a senzoriku

Informace z časopisu: Science Advances

Napsat komentář