Российские ученые приблизились к раскрытию секрета формирования костей

Химики из Южно-Уральского государственного университета раскрыли секреты того, как белки и отдельные аминокислоты соединяются с "неживой" материей, что ускорит создание искусственных аналогов костей, не раздражающих организм, сообщает РИА "Новости" со ссылкой на журнал Langmuir.

"Выводы наших практических измерений во многом дополняют уже существующую теорию. Например, мы подтвердили предположение, что отрицательно заряженные кислоты гораздо слабее взаимодействуют с наночастицами, чем основные аминокислоты. Наша команда впервые показала, насколько слабее", – рассказывает Олег Большаков из Южно-Уральского государственного университета в Челябинске.

Одна из самых необычных способностей живых существ – умение "выращивать" кости, клювы, раковины, шипы и прочие образования, состоящие по большей части не из органических, а неорганических соединений. По своей структуре они обычно представляют собой конструкцию из множества мелких кристаллов, "сшитых" друг с другом белками и другими аморфными соединениями.

Биологи, физики и нанотехнологи давно изучают структуру костей и работу генов, отвечающих за их формирование, в надежде научиться создавать аналогичные материалы и управлять ростом подобных тканей. Вдобавок это поможет понять, почему иммунитет не атакует подобные "инородные тела" и создать искусственную замену для них.

Как передает пресс-служба "Проекта 5-100", четыре года назад к этим исследованиям присоединились Большаков и его коллеги по университету. Они начали изучать то, как белковые молекулы соединяются с различными неорганическими наночастицами и участвуют в их росте и склеивании друг с другом.

Практически сразу ученые столкнулись с серьезной проблемой – белки, участвующие в процессе минерализации костей и других твердых тканей тела, выделить в свободном виде практически невозможно. Поэтому они начали экспериментировать не с их молекулами, а с аминокислотами, из которых собраны нити этих пептидов-"строителей".

Эти опыты ученые проводили не с кристаллами апатитов или других биоминералов, а с двуокисью титана – популярным наноматериалом, который сегодня активно используется в различных катализаторах и недавно был включен в состав "вечных" противокариесных пломб, созданных в России.

Получив некоторое количество подобных наночастиц, челябинские химики обработали их растворами 19 базовых аминокислот и проследили за формированием связей между "живым" и "неживым" миром. Для этого они получили их "атомные" фотографии при помощи сканирующих электронных микроскопов, рентгеновских излучателей и других научных приборов.

Как показал анализ этих снимков и теоретические расчеты на их базе, сила сцепления аминокислот и наночастиц сильно различалась для каждого типа "кирпичиков" белков, причем определяющую роль в этом играли так называемые аминогруппы, группы из одного атома азота и двух атомов водорода.

В ближайшее время ученые представят более детальный анализ того, как именно происходит их "сцепление" с поверхностью частиц из двуокиси титана. Как надеются Большаков и его коллеги, данные их экспериментов и теоретические расчеты помогут как улучшить свойства неорганических наночастиц, так и приблизиться к разгадке тайн биоминералов.