Międzynarodowy zespół naukowców pod kierunkiem prof. Hermanna Ehrlicha z Centrum Zaawansowanych Technologii UAM dokonał niezwykłego odkrycia. Stwierdzono, że wzrost szkła biologicznego w morskich i słodkowodnych gąbkach odbywa się dzięki aktynie. Wyniki pracy zostały zamieszczone w czasopiśmie Advanced Science.
Badania prowadzono w międzynarodowym składzie. Oprócz naukowców z Niemiec, Czech i USA istotną rolę odegrali badacze z CZT UAM oraz Politechniki Poznańskiej. Interdyscyplinarne podejście pozwoliło na dokonanie nowego odkrycia związanego z poszukiwaniem odpowiedzi na pytanie dotyczących czynników wpływających na wzrost i rozwój szkieletów organizmów wodnych – gąbek (Porifera). A wszystko to na bazie krzemu. Choć są to prymitywne organizmy, na uwagę zasługuje fakt iż od setek milionów lat są one obecne na naszej planecie między innymi dzięki zdolności do wytwarzania wytrzymałych trójwymiarowych (3D) szkieletów ze szkła. Dlatego też, organizmy te są niezwykle interesującym obiektem badań
- Nasza praca daje odpowiedź na jedno z fundamentalnych pytań dotyczących biomateriałów – mówi prof. Hermann Ehrlich. – Stwierdziliśmy mianowicie dlaczego szkło biologiczne (ang. Biological glass) u organizmów wielokomórkowych rośnie w temperaturze od -1,9 ºC do 24 ºC i może osiągnąć rozmiary kilku metrów.
Przełomem w badaniach było poznanie nowej roli białka – aktyny, należącej do grupy białek strukturalnych, do tej pory uznawanych za białko wewnątrzkomórkowe, dlatego nie spodziewano się jego obecności poza komórką. Zaskoczenie było tym większe iż aktyna jest jednym z najbardziej przebadanych białek podstawowych. Teraz okazało się, że za tą proteiną kryje się jeszcze wiele nieznanych właściwości, w tym odkryta przez naukowców jej rola w różnorodności szklanych szkieletów gąbek zarówno na poziomie mikro-, jak i makroskopowym.
- Dzięki zastosowaniu nowoczesnej mikroskopii oraz innych technik bioanalitycznych
tj. spektroskopie Ramanna, metodzie Western Blotting, barwieniu immunologicznemu i testom inhibicyjnym, możliwe było precyzyjne zbadanie struktury wyizolowanych włókien, a to z kolei doprowadziło nas do przełomowego odkrycia – zidentyfikowania w nich aktyny - wyjaśnia profesor Hermann Ehrlich. - W badaniach wykorzystano ponad 10 gatunków gąbek pochodzące z klas Hexactinellida (glass sponges) oraz Demospongiae (horn sponges), a badania wykazały, że włókna osiowe w krzemionkowych strukturach szkieletowych zbudowane są z F-aktyny
W publikacji w Advanced Science naukowcy stwierdzają, że to właśnie aktyna (obecna w postaci bogatych w aktynę filamentów) odpowiedzialna jest za hierarchiczną, skomplikowaną oraz różnorodną strukturę biokrzemowych szkieletów zarówno gąbek morskich jak i słodkowodnych. Wokół rusztowania/szablonu z aktyny gromadzone są krzemiany, a ona sama działa jako czynnik biomineralizujący. Zachowana biomateriałowa morfologia gąbek wskazuję na to iż, aktyna rolę tę pełni co najmniej od 545 milionów lat.
Międzynarodowy zespół badawczy stwierdził, że F-aktyna była zlokalizowana w wewnątrzkomórkowej strukturze krzemionkowej, natomiast podczas szkieletogenezy przemieściła się do przestrzeni pozakomórowych. Według naukowców zdolność rozgałęziania się filamentów aktynowych była czynnikiem egzaptacyjnym, dzięki któremu doszło do powstania często bardzo skomplikowanych geometrycznych - 3D form szkieletowych na poziomie makro.
Podsumowując – „epitaksja” biokrzemionkowych szkieletów gąbek jest spowodowana poprzez obecność oraz wzrost filamentów aktynowych a przeprowadzone przez Zespół badania wykazały nową funkcję aktyny w skomplikowanej architekturze biokrzemionki u gąbek
Wyniki badań zostały opublikowane w publikacji: Hermann Ehrlich et al.: Arrested in Glass: Actin within Sophisticated Architectures of Biosilica in Sponges, Advanced Science (2022) 2105059
https://doi.org/10.1002/advs.202105059
Serdecznie zapraszamy do zapoznania się z artykułem.
Czytaj też: Prof. Hermann Ehrlich. Spełnić 300-letnie marzenie
