Parels behoren tot de mooiste creaties van de natuur, en worden al eeuwenlang gekoesterd. Onder iemands iriserende oppervlak ligt een taaie en veerkrachtige structuur gemaakt van ingewikkeld gerangschikte tegels van calciumcarbonaat, georganiseerd door een bemanning van eiwitten die de vorming en reparatie begeleiden.

Hoewel bekend is dat parels zijn gemaakt van calciumcarbonaat met een organische matrixkern, de rol van de eiwitten die de organisatie van deze kristallen moduleren heeft, tot voor kort, onduidelijk geweest.

Onderzoekers van het New York University College of Dentistry (NYU Dentistry) rapporteerden de rol van twee van dergelijke eiwitten, de eerste studie met twee eiwitten in zijn soort, die de processen reguleren die leiden tot de vorming van parel. De studie werd in juli online gepubliceerd in het tijdschrift Biochemie , een tijdschrift van de American Chemical Society.

Een parel is een bijproduct van het afweermechanisme van een oester, gevormd als reactie op verwonding van het mantelweefsel door een irriterend, zoals een parasiet of zandkorrel. Losgemaakte cellen vallen in het binnenste weefsel waar ze zich vermenigvuldigen en een ingesloten zakachtige structuur vormen om de gewonde overblijfselen af ​​te sluiten. Deze holte wordt vervolgens gevuld met matrixeiwitten gevolgd door mineraal.

Het mineraal bestaat uit twee calciumcarbonaatcomponenten:een binnenste prismatische laag die bekend staat als calciet en een buitenste laag die bekend staat als aragoniet of de glanzende laag. Beide lagen zijn chemisch vergelijkbaar met de oesterschelp zelf.

"In het geval van Pinctada fucata, een Japanse pareloester die kostbare parels maakt voor de parelindustrie, het parelvormingsproces wordt gemedieerd door een 12-lid eiwitfamilie die bekend staat als Pinctada Fucata Mantle Gene, of PFMG. PFMG1 en PFMG2 maken deel uit van dit PFMG-proteoom dat niet alleen de parel vormt, maar treedt ook op als 'onderhoudsploeg' die deelneemt aan de vorming en reparatie van de granaat, " legde John S. Evans uit, DMD, doctoraat, hoogleraar basiswetenschappen en craniofaciale biologie aan NYU Dentistry en de corresponderende auteur van de studie.

Er is weinig bekend over deze eiwitten, behalve dat ze tot expressie komen in het mantelweefsel van de oester. Met behulp van de recombinante versies van PFGM1 en PFMG2, de auteurs gebruikten verschillende karakteriseringstechnieken om het gedrag van eiwitten en kristallen te bestuderen in verschillende omstandigheden die het oceaanwater nabootsen.

"Wat we hebben gevonden is dat PFMG1 en PFMG2 samen een hydrogel vormen, en binnen deze hydrogel speelt elk eiwit een specifieke rol. PFMG2 bepaalt de grootte van de hydrogel-assemblages en regelt de interne structuur van de eiwitfilms, overwegende dat PFMG1 de stabiliteit verbetert van kleine ionenclusters die samen calciumcarbonaatparellagen vormen, " zei Gaurav Jain, doctoraat, een postdoctoraal medewerker in het laboratorium van Dr. Evans en de hoofdauteur van de studie.

"Echter, zodra zich minerale kristallen vormen, PFMG1 en PFMG2 werken samen en geven de parel de finishing touch door synergetisch de mineraalkristaloppervlakken te modificeren en interne porositeiten te creëren. De interacties tussen beide eiwitten wordt versterkt door calciumionen, mogelijk als gevolg van interacties tussen verschillende domeinen van PFMG1 en PFMG2, " zei Martin Pendola, doctoraat, ook een postdoctoraal medewerker in het laboratorium van Dr. Evans, co-auteur van een studie.

"Parel - die in wezen een inside-out versie is van de schaal van een weekdier - bestaat uit 95 procent calciumcarbonaat en 5 procent organische matrix. Deze samenstelling maakt parel ongeveer 1, 000 keer sterker dan puur calciumcarbonaat - en een van de meest veerkrachtige en lichtgewicht materialen in een levend organisme, ' zei Jaïn.

Dit onderzoek bevordert niet alleen het begrip van de onderliggende moleculaire mechanismen van parelvorming, die gevolgen kunnen hebben voor de kwaliteit en productiviteit in de parelindustrie, maar kan ook helpen bij de ontwikkeling van breukbestendige materialen. Deze veerkrachtige materialen kunnen verschillende toepassingen hebben, onder meer bij de vervaardiging van verbeterde tandheelkundige implantaten, materialen voor ruimtevaarttoepassingen, of energieoverdracht.