Bardzo stara pazurnica pomoże stworzyć nowe tworzywa

Pazurnica (Onychophora), drapieżnik o miękkim, rozciągliwym ciele przypominający wydłużoną gąsienicę, ma dość osobliwe metody działania: zabija ofiary czymś podobnym do Silly String [coś w rodzaju serpentyny w sprayu – przyp. red.]. Pazurnice polują nocą w ściółce leśnej lasów stref umiarkowanej i tropikalnej, poruszając się na dziesiątkach krótkich nóżek. Ten niewielki drapieżnik – którego przedstawiciele mogą mierzyć od niecałego centymetra do ponad 20 cm długości – jest niemal ślepy, więc porusza się po omacku, licząc, że wpadnie na jadalnego owada, na przykład świerszcza czy stonogę. Gdy już natrafi na ofiarę, z „dysz” po obu stronach głowy wystrzeliwuje lepką maź.

„Dzieje się to tak szybko, że wygląda niemal jak kichnięcie” – mówi Matthew Harrington, biochemik z McGill University, który od dekady bada pazurnice. Początkowo śluz jest wodnisty, ale w powietrzu zamienia się w śluzowate włókna, które oplatają zdobycz i przytwierdzają ją do podłoża. Gdy ofiara się szamocze, śluz przekształca się we włóknistą sieć, a następnie w ciągu kilku sekund twardnieje do postaci przypominającej szkło.

Właściwości tej klejącej wydzieliny fascynują naukowców od ponad 100 lat. (W latach 70. XIX wieku badacze próbowali ustalić, co odpowiada za lepkość cieczy, próbując… jej smaku. Werdykt: gorzka.) Najnowsze odkrycia Harringtona i jego zespołu, opublikowane w „Proceedings of the National Academy of Sciences USA”, wskazują, że ta zmieniająca stan skupienia substancja może być inspiracją do opracowania nowej generacji bioplastików nadających się do recyklingu.

Wcześniejsze eksperymenty wykazały, że po namoczeniu stwardniałe włókna wracają do stanu ciekłego – a po roztarciu tej mazi w palcach można z niej ponownie uformować włókna tak wytrzymałe, jak nylon. „To oznacza, że wszystkie informacje potrzebne do wytworzenia tych włókien są zapisane w samych białkach” – mówi Harrington.

Ale wyizolowanie tych białek okazało się trudniejsze, niż sądzono. Śluz jest tak wrażliwy na dotyk, że nawet podstawowe techniki laboratoryjne, jak pipetowanie, potrafią aktywować jego przemianę. Aby tego uniknąć, badacze zsekwencjonowali RNA kodujące białka ze śluzu pazurnic z Barbadosu, Singapuru i Australii. Następnie dane te wprowadzili do AlphaFold3 – programu wykorzystującego sztuczną inteligencję do przewidywania struktur białek. Dla wszystkich trzech gatunków program „wypluł ten sam kształt podkowy”, bogaty w aminokwas leucynę, mówi Harrington.

Choć ta struktura to nowość dla naukowców zajmujących się materiałami, ewolucyjnie to stary znajomy. Podobne białko, tzw. receptor toll-podobny, jest elementem starego ewolucyjnie układu odpornościowego spotykanego u roślin, bezkręgowców i kręgowców. Receptory te znajdują się na powierzchni komórek odpornościowych i silnie, ale odwracalnie, wiążą fragmenty patogenów. Harrington i jego zespół sugerują, że białko o kształcie podkowy może działać podobnie, „chwytając” inne białka w śluzie i tworząc z nimi silne, ale odwracalne wiązania, które odpowiadają za tworzenie wytrzymałych włókien. To magiczne słowa dla naukowców zajmujących się poszukiwaniem materiałów, którymi można by zastąpić tworzywa sztuczne – takich, jakie dałoby się łatwo rozkładać i formować na nowo.

To ważne odkrycie, komentuje Yendry Corrales Ureńa, badaczka z Laboratorio Nacional de Nanotecnología w Kostaryce, która również bada śluz pazurnic, ale nie była zaangażowana w to konkretne badanie. Zastrzega jednak, że wspomniane białka nie tłumaczą wszystkich właściwości śluzu, takich jak jego wytrzymałość czy elastyczność. „To tylko element większej układanki”.

Julian Monge Najera, ekolog z Universidad de Costa Rica zajmujący się ewolucją bezkręgowców, podkreśla, że fakt znalezienia tego samego białka u trzech gatunków pazurnic z różnych kontynentów świadczy o ich ogromnym ewolucyjnym stażu. Te chemiczne „patenty” musiały powstać bardzo dawno temu.

Zresztą zapis kopalny pokazuje, że pazurnice istnieją w niemal niezmienionej formie od co najmniej 300 mln lat – żyły już z dinozaurami i zanim uformowały się współczesne kontynenty. „Gdybym mógł przenieść się w czasie, to pazurnice, które złapałbym tuż po kambrze, wyglądałyby identycznie, jak te żyjące dziś w mglistych lasach Kostaryki – mówi Monge Najera – łącznie z ich zmiennofazowym śluzem”.

Harrington i jego zespół pracują obecnie nad oczyszczeniem białka w kształcie podkowy i potwierdzeniem jego struktury za pomocą mikroskopii elektronowej. „Nie będziemy doić pazurnic, by ich wydzieliną zastąpić plastik – mówi Harrington. – Ale mamy nadzieję nauczyć się od nich chemicznych sztuczek”.

Dziękujemy, że jesteś z nami. Pulsar dostarcza najciekawsze informacje naukowe i przybliża wyselekcjonowane badania naukowe. Jeśli korzystasz z publikowanych przez Pulsar materiałów, prosimy o powołanie się na nasz portal. Źródło: www.projektpulsar.pl.