Ученые из Института Вейцмана проанализировали весь процесс формирования биологических кристаллов, которые, например, отвечают за разнообразную окраску животных и играют большую роль в их приспособляемости.
Рыбы, хамелеоны, крабы и многие другие животные умеют создавать природные кристаллы. Они нужны для зрения, маскировки, регулирования тепла и передачи сигналов. «Живые» кристаллы состоят всего из двух молекул – гуанина и гипоксантина, но они удивительно разнообразны по своим формам и оптическим свойствам.
В исследовании, опубликованном в журнале Nature Chemical Biology, ученые Института Вейцмана показали по каким «биологическим рецептам», клетки готовят кристаллы из двух главных ингредиентов – гуанина и гипоксантина
Ученые сосредоточились на маленькой прозрачной рыбке – зебрафиш (Danio rerio), тело которой покрыто разноцветными кристаллами. Эти кристаллы – разные. Защитная оболочка жабр – серебристая, глаза отражают голубоватый свет, а клетки кожи переливаются желтым или голубым.
При детальном анализе кристаллов зебрафиш исследователи заметили, что их форма зависит от соотношения между молекулами гуанина и гипоксантина. Это немного напоминает кулинарные рецепты, которые включают два ингредиента, но при разных пропорциях получаются совершенно разные блюда.
Соотношение гуанина и гипоксантина в кристалле меняет его структуру, оптические свойства и то, как организм его использует. Измерив соотношение этих молекулярных строительных блоков в кристаллах рыбок, исследователи смогли искусственно воссоздать в лаборатории три разных кристалла зебрафиш, каждый из которых содержал разное соотношение гуанина и гипоксантина.
Ученые выделили клетки, производящие кристаллы (они называются иридофоры), и расшифровали биологические механизмы, позволяющие клеткам создавать кристаллы «по заказу». Исследования показали, что каждая группа иридофоров обладает уникальным балансом ферментов, и именно этот уникальный баланс в клетке определяет соотношение между строительными блоками каждого кристалла и, как следствие, структуру и функцию кристалла в различных тканях.
Соавтор работы доктор Двир Гур говорит: «У людей есть только один фермент, отвечающий за получение гуанина, а у рыб мы выявили целых пять таких ферментов, – объясняет».
Ученый говорит: «Нам удалось раскрыть всю историю от начала до конца: от генов, которые позволяют рыбкам производить широкий спектр ферментов, выполняющих схожие, но разные функции, от уникального уровня экспрессии каждого фермента в клетках до того, как присутствие ферментов определяет соотношение между различными строительными блоками кристаллов и, следовательно, их характеристики».
Ученые пишут, что полученные результаты не только углубляют понимание природы и предлагают новую форму производства материалов, но и подчеркивают красоту и простоту природы: мы видим, как всего две простые молекулярные структуры создают все разнообразие форм и функций «живых» кристаллов.
Иллюстрация: Новости Израиля
https://www.newsru.co.il/science_hitech/28sep2024/danio_rerio.html
