Ученые из POSTECH (Пхоханский университет науки и технологий) совершили прорыв в понимании подводной адгезии, раскрыв молекулярный механизм, позволяющий бородавчатым мидиям (Barbatia virescens) демонстрировать впечатляющую силу сцепления и обратимость в водной среде. Исследование было сосредоточено на биссусе этих мидий, нитевидных образованиях, с помощью которых они прикрепляются к подводным поверхностям.
Морские организмы, такие как мидии и усоногие раки, давно известны своей способностью к мощной подводной адгезии. Около 40 лет назад исследователи идентифицировали EGF-домен (эпидермальный фактор роста) в качестве ключевого компонента адгезивных белков мидий. Аналогичные адгезивные белки были обнаружены у различных морских видов, улиток и даже пауков. Однако, несмотря на эти знания, точный механизм подводной адгезии, основанный на EGF-доменах, оставался до сих пор не до конца понятым.
Новое исследование команды POSTECH пролило свет на этот ранее ускользавший механизм. Они обнаружили, что адгезия у бородавчатых мидий обусловлена взаимодействием между EGF/EGF-подобными доменами и биополимерами на основе GlcNAc (N-ацетилглюкозамин). Примечательно, что этот механизм оказался независимым от окисления, что отличает его от традиционных адгезивов.
Протеины с EGF/EGF-подобными доменами, связывающиеся с GlcNAc у бородавчатых мидий, демонстрируют энергию адгезии, которая более чем в три раза превышает показатели mefp-5 (белка ноги мидии) и сукерина (белка паутинного шелка) – известных влажных адгезивов. Эта выдающаяся сила сцепления в сочетании с независимостью от окисления обеспечивает ряд уникальных свойств.
В отличие от традиционных адгезивов, которые часто полагаются на DOPA (3,4-дигидроксифенилаланин) и процесс окисления, механизм EGF-GlcNAc обеспечивает обратимую и долговечную адгезию. Это означает, что мидии могут прикрепляться и открепляться от поверхности многократно, сохраняя при этом прочность соединения. Более того, этот процесс эффективен как во влажной, так и в сухой среде, что расширяет спектр его потенциальных применений.
Открытие механизма адгезии, основанного на взаимодействии EGF-GlcNAc, имеет значительные перспективы. GlcNAc широко распространен в биологических тканях и биопленках, что делает этот механизм универсальным и потенциально применимым в различных областях. Среди них биоэлектроника, тканевая инженерия и создание противообрастающих покрытий.
Разработка устойчивых и высокоэффективных подводных адгезивов, а также биоадгезивов медицинского класса, становится все более реалистичной перспективой благодаря этому исследованию. Понимание молекулярных принципов адгезии бородавчатых мидий представляет собой важный первый шаг на пути к созданию инновационных материалов с уникальными свойствами.
Ведущим автором статьи в журнале Nature Communications, где были опубликованы эти открытия, является научный профессор Чимин Чхве. Руководил исследованием профессор Донг Су Хван. Их работа открывает новые горизонты в разработке адгезивных материалов, вдохновленных природой, и подчеркивает важность изучения биологических механизмов для создания передовых технологий.
Изображение носит иллюстративный характер
Морские организмы, такие как мидии и усоногие раки, давно известны своей способностью к мощной подводной адгезии. Около 40 лет назад исследователи идентифицировали EGF-домен (эпидермальный фактор роста) в качестве ключевого компонента адгезивных белков мидий. Аналогичные адгезивные белки были обнаружены у различных морских видов, улиток и даже пауков. Однако, несмотря на эти знания, точный механизм подводной адгезии, основанный на EGF-доменах, оставался до сих пор не до конца понятым.
Новое исследование команды POSTECH пролило свет на этот ранее ускользавший механизм. Они обнаружили, что адгезия у бородавчатых мидий обусловлена взаимодействием между EGF/EGF-подобными доменами и биополимерами на основе GlcNAc (N-ацетилглюкозамин). Примечательно, что этот механизм оказался независимым от окисления, что отличает его от традиционных адгезивов.
Протеины с EGF/EGF-подобными доменами, связывающиеся с GlcNAc у бородавчатых мидий, демонстрируют энергию адгезии, которая более чем в три раза превышает показатели mefp-5 (белка ноги мидии) и сукерина (белка паутинного шелка) – известных влажных адгезивов. Эта выдающаяся сила сцепления в сочетании с независимостью от окисления обеспечивает ряд уникальных свойств.
В отличие от традиционных адгезивов, которые часто полагаются на DOPA (3,4-дигидроксифенилаланин) и процесс окисления, механизм EGF-GlcNAc обеспечивает обратимую и долговечную адгезию. Это означает, что мидии могут прикрепляться и открепляться от поверхности многократно, сохраняя при этом прочность соединения. Более того, этот процесс эффективен как во влажной, так и в сухой среде, что расширяет спектр его потенциальных применений.
Открытие механизма адгезии, основанного на взаимодействии EGF-GlcNAc, имеет значительные перспективы. GlcNAc широко распространен в биологических тканях и биопленках, что делает этот механизм универсальным и потенциально применимым в различных областях. Среди них биоэлектроника, тканевая инженерия и создание противообрастающих покрытий.
Разработка устойчивых и высокоэффективных подводных адгезивов, а также биоадгезивов медицинского класса, становится все более реалистичной перспективой благодаря этому исследованию. Понимание молекулярных принципов адгезии бородавчатых мидий представляет собой важный первый шаг на пути к созданию инновационных материалов с уникальными свойствами.
Ведущим автором статьи в журнале Nature Communications, где были опубликованы эти открытия, является научный профессор Чимин Чхве. Руководил исследованием профессор Донг Су Хван. Их работа открывает новые горизонты в разработке адгезивных материалов, вдохновленных природой, и подчеркивает важность изучения биологических механизмов для создания передовых технологий.
