Výzkum mořských červů může najít uplatnění při výrobě biologicky rozložitelných obalů

Chitin, chemický příbuzný celulózy tvořící rostlinné tkáně či buněčnou stěnu měkkýšů, je základním stavebním materiálem skeletu členovců, včetně štětin mořských červů, kterým tyto štětiny umožňují pohyb ve vodním prostředí.

Mechanismus, jakým se jeden z nejrozšířenějších přírodních polysacharidů formuje do štětin, však dosud zůstával neobjasněný. Týmu vědců z Vídně, Helsinek a z Lékařské fakulty Masarykovy univerzity v Brně se ho podařilo popsat.

„Zásadní roli v tomto procesu hrají takzvané chaetoblasty, buňky s podlouhlými povrchovými strukturami známými jako mikroklky. V těchto mikroklcích se nachází specifický enzym zodpovědný za syntézu chitinu, který je pro stavbu štětin klíčový,“ vysvětluje docent Florian Raible, vedoucí výzkumné skupiny z laboratoří Maxe Perutze na Vídeňské univerzitě.

S kolegy odhalili geometrické uspořádání mikroklků na povrchu buněk i dynamiku biosyntézy štětin z chitinu. Zjistili, že regulovaný proces ukládání chitinu připomíná 3D tisk, kdy jsou objekty utvářeny vrstvu po vrstvě. A také to, že může být chemicky ovlivněn za účelem tvorby specifických tvarů.

Se sledováním a zobrazením celého procesu v mezinárodním vědeckém týmu pomáhal docent Jaromír Gumulec z Ústavu patologické fyziologie Lékařské fakulty Masarykovy univerzity, jenž přispěl k zobrazení tisíců vzorků speciálním mikroskopem.

„Díky mikroskopu umožňujícímu kvantitativní fázové zobrazování jsme mohli vidět struktury, které na jiných mikroskopech vidět nebyly, a zároveň měřit některé biofyzikální vlastnosti materiálu, jako je například jeho hustota,“ říká docent Gumulec a jeho slova tak potvrzují, že Brno je svého druhu „velmocí mikroskopie“.

I když studie, aktuálně zveřejněná v žurnálu Nature Communications, především velmi precizně popisuje samotný mechanismus tvorby štětin, vědci věří, že proniknutí do podstaty syntézy chitinu skýtá potenciál, a to mimo jiné pro výrobu polysacharidových materiálů, s nimiž se už dnes experimentuje např. v oblasti biologicky rozložitelných obalů. Ty mohou být alternativou k těm plastovým.

„Je fascinující, jak precizně, se všemi těmi zoubky, je červ schopný své štětiny vytvářet. Celá štětina, připomínající nějakou šavli, měřící desetinu milimetru, je přitom ‚vytisknuta‘ z jediné buňky, která je desetkrát menší,“ přibližuje Gumulec.

„Zatím se nám to daří jen velmi hrubě, ale kdo ví, třeba ty buňky budeme moct v budoucnu cíleně ‚programovat‘, aby vytvářely jemné struktury ve tvarech, jaké budeme chtít,“ dodává vědec.