Le perle sono tra le creazioni più belle della natura, e sono stati custoditi per innumerevoli secoli. Sotto la propria superficie iridescente si trova una struttura dura e resiliente fatta di tessere di carbonato di calcio disposte in modo intricato organizzate da un equipaggio di proteine ​​che ne guidano la formazione e la riparazione.

Mentre è noto che le perle sono fatte di carbonato di calcio con un nucleo a matrice organica, il ruolo delle proteine ​​che modulano l'organizzazione di questi cristalli ha, fino a poco tempo fa, stato poco chiaro.

I ricercatori del New York University College of Dentistry (NYU Dentistry) hanno riportato il ruolo di due di queste proteine, il primo studio su due proteine ​​del suo genere, che regolano i processi che portano alla formazione della perla. Lo studio è stato pubblicato online a luglio sulla rivista Biochimica , una rivista dell'American Chemical Society.

Una perla è un sottoprodotto del meccanismo di difesa di un'ostrica, formato in risposta a lesioni al tessuto del mantello da un irritante, come un parassita o un granello di sabbia. Le cellule distaccate cadono nel tessuto interno dove si moltiplicano e formano una struttura simile a una sacca chiusa per sigillare i resti feriti. Questa cavità viene quindi riempita con proteine ​​della matrice seguite da minerali.

Il minerale è costituito da due componenti di carbonato di calcio:uno strato prismatico interno noto come calcite e uno strato più esterno noto come aragonite o strato lucido. Entrambi gli strati sono chimicamente simili al guscio di ostrica stesso.

"Nel caso della Pinctada fucata, un'ostrica perlata giapponese che crea perle preziose per l'industria delle perle, il processo di formazione delle perle è mediato da una famiglia proteica di 12 membri nota come Pinctada Fucata Mantle Gene, o PFMG. PFMG1 e PFMG2 fanno parte di questo proteoma PFMG che non solo forma la perla, ma agisce anche come "equipaggio di manutenzione" partecipando alla formazione e riparazione del guscio, " ha spiegato John S. Evans, DMD, dottorato di ricerca, professore di scienze di base e biologia craniofacciale presso la NYU Dentistry e autore corrispondente dello studio.

Poco si sa di queste proteine ​​tranne che sono espresse nel tessuto del mantello dell'ostrica. Utilizzando le versioni ricombinanti di PFGM1 e PFMG2, gli autori hanno utilizzato diverse tecniche di caratterizzazione per studiare il comportamento di proteine ​​e cristalli in varie condizioni che imitano l'acqua dell'oceano.

"Quello che abbiamo scoperto è che PFMG1 e PFMG2 si combinano per formare un idrogel, e all'interno di questo idrogel ogni proteina svolge un ruolo specifico. PFMG2 determina la dimensione degli assemblaggi di idrogel e regola la struttura interna dei film proteici, considerando che PFMG1 migliora la stabilità di minuscoli ammassi ionici che si combinano per formare strati di carbonato di calcio di perle, " disse Gaurav Jain, dottorato di ricerca, un associato post-dottorato nel laboratorio del Dr. Evans e l'autore principale dello studio.

"Però, una volta formati i cristalli minerali, PFMG1 e PFMG2 lavorano insieme e danno il tocco finale alla perla modificando sinergicamente le superfici dei cristalli minerali e creando porosità interne. Le interazioni tra le due proteine ​​sono potenziate dagli ioni calcio probabilmente a causa delle interazioni tra i diversi domini di PFMG1 e PFMG2, " disse Martino Pendola, dottorato di ricerca, anche un associato post-dottorato nel laboratorio del Dr. Evans un coautore dello studio.

"La perla - che è essenzialmente una versione rovesciata del guscio del mollusco - è composta per il 95% da carbonato di calcio e per il 5% da matrice organica. Questa composizione rende la perla circa 1, 000 volte più resistente del carbonato di calcio puro e uno dei materiali più resistenti e leggeri che si trovano in un organismo vivente, " ha detto Giain.

Questa ricerca non solo fa avanzare la comprensione dei meccanismi molecolari alla base della formazione delle perle, che potrebbe avere implicazioni per la qualità e la produttività nell'industria delle perle, ma potrebbe anche aiutare nello sviluppo di materiali resistenti alla frattura. Questi materiali resilienti potrebbero avere una varietà di applicazioni, anche nella produzione di impianti dentali migliorati, materiali per applicazioni aerospaziali, o trasmissione di energia.