Команда корейских ученых синтезировала белок Pif80 в кишечной палочке (Escherichia coli) для изучения механизма биоминерализации раковины двустворчатого жемчужного моллюска пинктада фуката (Pinctada fucata). Исследователи выяснили, что этот белок участвует в процессе выработки перламутрового внутреннего слоя — важной части защитного механизма мягких частей тела моллюска. Статья с исследованием опубликована в журнале Science Advances и доступна для прочтения на сайте.

Биоминерализация — это процесс создания минералов живыми организмами для формирования или укрепления твердых частей тела. Раковина — биоминерал, покрывающий тела большинства моллюсков, — выполняет защитные функции и обычно состоит из двух слоев полиморфов карбоната кальция (CaCO₃): кальцита и арагонита. Кальцит CaCO₃ (внешний слой) защищает моллюска от повреждений, а арагонит (внутренний слой) обеспечивает дополнительную защиту от паразитов, формируя перламутр переливчатой расцветки. Важной частью внутреннего слоя арагонита является фитохром-взаимодействующий фактор (phytochrome-interacting factor, коротко Pif) — белок, отвечающий за работу фоторецепторов растений и других живых организмов. Две его составляющие, Pif80 и Pif97, помогают в выработке необходимых для образования защитного слоя веществ. И если функции Pif97 известны, то роль Pif80 в процессе формирования защитного слоя перламутра до сих пор не изучена до конца.

Авторы нового исследования изучили роль Pif80 в образовании перламутрового слоя внешней оболочки раковины двустворчатого моллюска пинктада фуката (Pinctada fucata). Исследователи синтезировали Pif80 в кишечной палочке (Escherichia coli) — модельном организме, часто используемом для биосинтеза чужеродных белков. Белок синтезировали отдельно из-за того, что Pif80 образует сложную связь с другими белками, в связи с чем его изоляция является очень сложным процессом. 

Получив рекомбинантный (созданный искусственный путем) rPif80, ученые выяснили, что взаимодействие белка с ионами кальция (Ca2+) приводит к коацервации (расслоению гомогенного вещества на две отдельные жидкие составляющие), в ходе которой появляются плотные белковые образования в виде капель. 

Схема процесса образования перламутрового слоя на внутренней поверхности раковины моллюска Pinctada fucata. I. Гранулы в жидком промежуточном состоянии образуются внутриклеточно и хранятся в форме коацервата кальция Ca2+ -Pif80. II. Распад гранул Ca2+ -Pif80 приводит к кристаллизации перламутра на поверхности раковины. III. Образование арагонита в форме многоугольных частиц на хитиновой поверхности. Bahn et al. / Science Advances 2017

Ученые выяснили, что процесс коацервации играет важную роль в кристаллизации кальция в полиморф карбоната кальция, арагонит, и образовании на хитиновой поверхности перламутрового защитного слоя. Однако, Pif80 работает только в определенной концентрации (от 0,2 до 0,4 мг/мл), а в противном противном случае — сдерживает процесс кристаллизации. 

Результаты, полученные учеными, показывают, как живые организмы используют органические макромолекулы в процессе биоминерализации, и как полученные образования можно синтезировать в лабораторных условиях.

О том, как химики создали модель симуляции роста биологических структур в процессе биоминерализации, вы можете прочитать в нашей заметке.

Автор: Елизавета Ивтушок