Het door een koraal gevormde skelet speelt een sleutelrol bij de opslag van koolstofdioxide in de atmosfeer. Eerdere studies hebben zich gericht op het proces waarbij volwassen koralen mineralen produceren die bestaande weefsels verharden om het skelet te vormen, maar het exacte stadium waarin koralen het hele mineralisatieproces initiëren, is tot nu toe een mysterie gebleven.

Voor de eerste keer hebben onderzoekers het biologische proces van mineralisatie geïdentificeerd dat optreedt in een jong koraal dat verschuift van het planktonstadium (zwemmen) naar het "gevestigde" stadium waarin het het skelet vormt van mineralen die zijn kolonie beschermen. De ontdekking is belangrijk om het proces van koraalrifvorming te begrijpen en om zeedieren te beschermen tegen de ecologische schade die gepaard gaat met de opwarming van de aarde. Het heeft ook implicaties voor nieuwe biotechnologische ontwikkelingen met behulp van koraalextracties om menselijke botten te regenereren en te reconstrueren.

Het onderzoek is uitgevoerd door Prof. Gil Goobes, van de afdeling Scheikunde aan de Bar-Ilan University, Dr. Tali Mass, van de Leon H. Charney School of Marine Sciences aan de Universiteit van Haifa, en Dr. Anat Akiva en Dr. Iddo Pinkas, van het Weizmann Institute of Science in Israël. Hun bevindingen zijn onlangs gepubliceerd in Natuurcommunicatie .

Koralen beginnen hun leven als planktonpoliep die vrij in de zee "zwemmen". Op een gegeven moment gaat de poliep naar een "geregeld" stadium waarin de vorming van het skelet begint. Dit is een proces waarbij de poliep zeer snel calciumcarbonaat afscheidt om de rifkolonie te vormen en te beschermen. Een goede ontwikkeling van poliepen tot het vaste stadium is cruciaal voor de juiste ontwikkeling van koraalriffen.

In de huidige studie onderzochten de onderzoekers het biologische proces dat in deze twee fasen plaatsvindt. Voor dit doeleinde, ze pasten een multidisciplinaire aanpak toe met behulp van geavanceerde elektronenmicroscopie, micro-Raman-spectroscopie, en nucleaire magnetische resonantie (NMR) spectroscopietechnieken voor de eerste keer om de interne processen die betrokken zijn bij de productie van skeletten te testen.

De onderzoekers analyseerden genexpressie in zowel de zwem- als de vaste fase en zagen de rijping van mineralen. Door middel van genanalyse konden ze vaststellen dat er verschillende eiwitten waren gegenereerd.

Ze ontdekten dat specifieke genen glutamaatrijke eiwitten activeren in de eerste (zwem)fase, maar zodra de poliep bezinkt en snel calciumcarbonaat begint af te scheiden, verschillende genen activeren aspartaatrijke eiwitten. "Met behulp van NMR hebben we de aanwezigheid aangetoond van glutamaatrijke eiwitten in het onrijpe calciumcarbonaat minerale materiaal en eiwitten die rijk zijn aan aspartaat in het kristallijne calciumcarbonaat van het skelet, zegt prof. Goobes. "Met andere woorden, we hebben de relatie aangetoond tussen genetische informatie en regulatieactiviteit uitgevoerd door eiwitten. De directe betekenis van deze bevindingen is om het proces van koraalrifvorming te begrijpen en om zeedieren te beschermen tegen de ecologische schade die gepaard gaat met klimaatverandering."

Precies weten welke eiwitten worden gebruikt om de mineraalgroei in koralen te versnellen, is belangrijk om te begrijpen wat de botgroei bij mensen versnelt, omdat veel van de koraalskeleteiwitten opvallende overeenkomsten vertonen met boteiwitten bij mensen. Het begrijpen van het biologische proces is ook een essentiële stap in het nabootsen en aanpassen aan mensen in termen van genezing van fracturen of zelfs het behandelen van diepere skelet- en ruggengraatproblemen. "In deze studie hebben we ontdekt hoe de groei van het skelet kan worden gereguleerd. Dit zal de ontwikkeling van nieuwe, biotechnologische technieken voor bottransplantaties in het menselijk lichaam. Hoewel we nog lang niet het mechanisme begrijpen waarmee mensen een skelet vormen, de huidige studie is een belangrijke stap in het identificeren van de genen en eiwitten die verantwoordelijk zijn voor dit proces, " concluderen Dr. Mass en Prof. Goobes.