Среди персонажей Marvel Человек-Паук был самым популярным персонажем на протяжении самого долгого времени своей истории. Самая привлекательная суперсила Человека-паука в том, что он стреляет липкой паутиной, чтобы цепляться за стены или летать между зданиями. Будет ли его паутина мощной и под водой? Ответ - нет. Потому что паутина растворяется в воде и больше не проявляет сильной адгезии. Однако мидии способны к сильной подводной адгезии. На него не влияют даже сильные волны или штормы. Когда мидию силой отрывают от камня, поверхность камня также разрывается. Вот насколько сильна его адгезия. Мидии производят жесткие волокна, называемые биссусом, чтобы прикрепляться к поверхности камня, а адгезивные белки выделяются, когда мидии образуют биссус.
Хён Джун Ча, профессор кафедры химического машиностроения POSTECH, и его исследовательская группа, состоящая из Чон Ву Хана (проф.) и Минчхоль Шин, сотрудничали с Нак-Кьюном Кимом из Корейского института науки и технологий при изучении адгезивных белков в мидии.. Они проанализировали клейкие белки, выделяемые мидиями, и подтвердили, что две молекулы, дофа и лизин, обладают сильной адгезией даже под водой. Также они обнаружили, что эти молекулы оказывают синергетическое действие на спайки мидий в различных условиях. Их открытие сделало еще один шаг к раскрытию секрета подводной адгезии мидий.
До своих открытий исследователи обратили внимание на молекулу Dopa. Форма Dopa была имитирована для изготовления подводных клеев. Но было ограничение в том, чтобы сделать подводные клеи такими же прочными, как природные клеи мидий, потому что было сложно сбалансировать поверхностную адгезию, то есть притяжение между поверхностью и клеями, и сцепление молекул клея.
В отличие от традиционных исследований, исследовательская группа Ча признала важную роль другой молекулы, называемой лизином, в адгезии мидий под водой. Межфазный адгезивный белок, fp-3F, расположен на поверхности мидий и содержит большое количество дофа, который делает возможной подводную адгезию, и лизина, который имеет положительный электрический заряд. Совместная исследовательская группа наблюдала за распределением этих молекул в белке и обнаружила интересный факт: эти молекулы были либо связаны друг с другом, либо отделены друг от друга в определенном месте.
Основываясь на секвенировании межфазного адгезивного белка, они синтезировали три простых пептида с разным расстоянием между дофа и лизином. Тестируя эти модельные пептиды, они обнаружили, что расстояние между дофа и лизином по-разному влияет на их синергию на поверхностную адгезию и когезию.
Во-первых, когда эти две молекулы находились рядом друг с другом, поверхностная адгезия пептида сильно возрастала. Команда подтвердила, что лизин усиливает адгезию к поверхности под водой, притягивая молекулы воды, которые нарушают адгезию под водой, к поверхности и молекулам воды вокруг Dopa.
Далее они заметили, что когезия, опосредованная ионами трехвалентного железа (Fe3+), уменьшалась, в отличие от поверхностной адгезии, когда лизин располагался по бокам от допа. Они объяснили, что это произошло из-за того, что лизин разрушил ион железа, посредник сцепления, от электрического и структурного приближения дофа.
С помощью методов молекулярной биологии они синтезировали два разных белка с искусственными последовательностями и сравнили их с белками с естественной последовательностью, чтобы применить тот же механизм в межфазных адгезивных белках мидии. В результате они подтвердили, что идентичный результат был получен в белках с искусственными последовательностями.
Профессор Ча сказал: «Мы обнаружили синергизм двух молекул, допа и лизина, которые, как известно, играют важную роль в подводном сцеплении. С этим достижением мы ожидаем увидеть новые подводные биоадгезивы на другом уровне». Кроме того, это исследование объяснило, как устроены адгезивные белки мидии, и может пролить свет на будущие исследования других адгезивных белков в природе.
Их результаты исследований были недавно опубликованы в Journal of Colloid and Interface Science, всемирно известном журнале в области науки о интерфейсах. Исследование было поддержано Программой фундаментальных научных исследований через Национальный исследовательский фонд Кореи.