Молюски навчилися створювати “шовк” завдяки гену з бактерій

Морський шовк: відкриття унікальних білків двостулкових молюсків Дрейсена

Недавні дослідження вчених Китайської Академії наук дали чудове уявлення про двостулкових молюсків, таких як Mytilus edulis та Dreissena bugensis, зокрема про їх здатність виробляти шовкоподібну речовину, відому як бісус. Це дослідження, детально описане в PNAS, проливає світло на унікальний білок, який утворює біс, та його еволюційний шлях.

Двостулкові молюски: майстри виробництва шовку

Двостулкові молюски, унікальний клас молюсків, з часом еволюціонували, щоб вести осілий спосіб життя в міцних раковинах. Деякі з них, включаючи такі види, як мідії, мають дивовижну здатність виробляти бісус – тонкі, схожі на шовк білкові волокна. Історично склалося так, що бісус деяких морських двостулкових молюсків навіть використовувався для виготовлення розкішних предметів одягу, відомих як “морський шовк”.

Сила бісуса

Міцність і корисність цього “шовку” незаперечні. Двостулкові молюски використовують його для надійного закріплення на твердих поверхнях, таких як скелі або морське дно. Він синтезується спеціальною залозою, розташованої на підошві тварини. Однак хімічний склад бісусу може сильно варіюватися і складатися з креатину, поліфенольних або інших білкових молекул.

Основна увага приділяється мешканцям прісноводних водойм

Хоча більшість наших уявлень про бісус походить від морських двостулкових молюсків, таких як мідії, нещодавнє дослідження звернуло свою увагу на прісноводних мешканців – Dreissenidae. Цей фокус особливо важливий, оскільки Dreissenidae є інвазивними видами, які суттєво вплинули на озера та річки Північної Америки.

Унікальна білкова структура

Використовуючи спектроскопію, рентгеноструктурний аналіз та протеоміку, дослідники вивчали хімічний склад та структуру Dreissenidae Bissus. Основний білок бісус унікальний і в основному складається з структурних одиниць, відомих як кристалічні бета-листи, характерні для білків шовку павуків.

Спочатку в основі дрейссени синтезується інший білок зі спіральною структурою. Примітно, що цей білок – попередник є одним з найбільших відомих білків своєї групи. Потім він обробляється, перетворюючись на структуру, схожу на білок шовку павука, який допомагає мідії в закріпленні.

Дрейсени, мідії та їх біссус (A-C); еволюційне дерево дрейсенідів (D) / © M. Simmons et al., 2023

Походження унікального білка дрейсени

Походження унікального білка дрейсени настільки ж інтригуюче. Близько 12 мільйонів років тому ген, що кодує цей білок, був перенесений в ДНК дрейсени за допомогою горизонтального перенесення генів – механізму, який часто використовується бактеріями, але рідко зустрічається у рослин або тварин.

Наслідки та застосування

Це дослідження не тільки допомагає зрозуміти, як краще боротися з цими інвазивними видами, але й відкриває можливості для використання унікального білка дрейсени при розробці нових, міцних, водостійких матеріалів та біосумісних полімерів.

По суті, дослідження забезпечує більш глибоке розуміння еволюційних складностей двостулкових молюсків та їх чудових біологічних адаптацій, пропонуючи потенціал для інноваційних застосувань у матеріалознавстві.