Эволюционная роль актина в сложных архитектурах биокремнезёма у губок
Международная команда учёных под руководством Германа Эрлиха обнаружила ранее неизвестную роль белка актина в формировании стеклоподобных структур (спикул) у губок. Исследование, опубликованное в Advanced Science, отвечает на ключевой вопрос: «Как растёт биологическое стекло?»
Актин в основе «биологического стекла»
Актин — фундаментальный белок клеточного цитоскелета. Учёные использовали комплекс биоаналитических методов (протеомика, вестерн-блоттинг, иммуноокрашивание, просвечивающая электронная микроскопия высокого разрешения, Рамановская спектроскопия), чтобы показать его присутствие в стеклянных структурах губок.
Ключевые открытия:
- Осевые филаменты спикул у представителей классов Hexactinellida и Demospongiae состоят из F-актина.
- Даже гигантские осевые филаменты стеклянной губки Monorhaphis chuni образованы F-актином — это самые крупные актиновые пучки из когда-либо описанных.
- Актин выполняет паттерн-формирующую роль, определяя разнообразие сложных архитектур биокремнезёма.
Древняя функция с новым пониманием
Исследователи предполагают, что эта роль актина является эволюционно древней, о чём говорит консервативная морфология спикул в ископаемой летописи на протяжении не менее 545 миллионов лет.
Предложенная эволюционная модель:
- F-актин изначально локализовался во внутриклеточном пространстве, где формировались кремнезёмные конструкции.
- В процессе спикулогенеза эти структуры перемещались во внеклеточное пространство.
- Актин сохранил функцию формирования паттерна, став движущей силой для создания сложных трёхмерных архитектур биокремнезёма.
Экспериментальные доказательства и методы
Для изоляции и изучения осевых филаментов учёные разработали щадящий метод:
- На поверхность спикулы наносили каплю 10% плавиковой кислоты (HF), которая растворяла биокремнезём, оставляя органическую матрицу (актиновый филамент) неповреждённой.
- Последующее иммунофлуоресцентное окрашивание подтвердило наличие актина.
Дополнительные эксперименты, включая ингибиторные анализы, показали, что нарушение актиновой сети препятствует формированию спикул in vivo.
Перспективы для экстремальной биомиметики
Полученные результаты открывают новые направления для исследований в области биоинспирированных материалов, биоминерализации и биомиметики.
Следующий шаг команды: in vitro полимеризация актиновых мономеров в филаменты в присутствии кремниевой кислоты для создания модельных условий.
Учёные полагают, что использование актиновых филаментов как каркаса для создания новых силикат-содержащих материалов с трёхмерной архитектурой в лаборатории представляет значительный интерес для биомиметического моделирования.