Il mistero secolare del guscio planctonico è stato risolto grazie alla scoperta di proteine ​​autoassemblanti.

I biomateriali con proprietà straordinarie, come la seta di ragno, erano finora noti principalmente negli animali.

I ricercatori dell’Università di Salisburgo, in Austria, hanno ora decifrato un sorprendente corrispettivo nel mondo degli organismi unicellulari: i gusci dei tintinnidi, organismi planctonici microscopici, sono costituiti da proteine ​​strutturali autoassemblanti che formano un materiale particolarmente resistente e capace di assorbire la luce UV. Questa è la prima descrizione di un biomateriale prodotto da un organismo unicellulare eucariotico (protista), e stabilisce i tintinnidi come un nuovo sistema modello per il futuro sviluppo di biomateriali avanzati. A più di 200 anni dalla scoperta dei tintinnidi, la composizione dei loro gusci è stata finalmente decifrata.

I risultati sono stati pubblicati sulla rivista Nature Communications con il titolo “Le proteine ​​autoassemblanti compongono il biomateriale del guscio chimicamente resistente dei ciliati planctonici tintinnidi”.

I tintinnidi sono organismi unicellulari microscopici, con circa 1.000 specie che popolano ambienti marini e d’acqua dolce. La loro caratteristica distintiva è un guscio dalla forma complessa che si forma autonomamente in pochi minuti a partire da materiale secreto dalle cellule nell’acqua circostante. Il materiale del guscio è insolitamente resistente, in grado di sopportare alte temperature e sostanze chimiche aggressive. Nonostante decenni di ricerca, la composizione di questi gusci è rimasta sconosciuta fino ad ora.

Questa famiglia di proteine ​​strutturali, scoperta di recente, è presente solo nei tintinnidi ed è stata quindi denominata “tintinnidorin” dai ricercatori. Le proteine ​​tintinnidorin sono eccezionalmente stabili, resistenti e adesive anche in ambienti umidi e salini. A differenza delle fibre proteiche prodotte dai ragni o dai bachi da seta, queste proteine ​​possono assumere un’ampia varietà di forme e strutture, combinando proprietà particolarmente interessanti per lo sviluppo di biomateriali.

“Tutti i biomateriali proteici precedentemente noti, utilizzati come modelli per materiali bioispirati, provengono da animali. Il nostro studio dimostra per la prima volta che gli organismi unicellulari eucarioti producono materiali biologici con un potenziale equivalente”, spiega Maximilian Ganser, primo autore dello studio.

“Essendo organismi unicellulari che secernono semplicemente il materiale del loro guscio nell’acqua circostante, i tintinnidi rappresentano un sistema modello più semplice e accessibile rispetto a ragni e bachi da seta, che possiedono organi di filatura complessi. Questo ci permette di far progredire la ricerca sui biomateriali e di studiare come si formano materiali biologici stabili a partire dalle proteine”, aggiunge Sabine Agatha, responsabile del progetto e capo del gruppo di ricerca Protistologia.

La notevole diversità di circa 1.000 specie di tintinnidi suggerisce che molte altre varianti di tintinnidorina debbano ancora essere scoperte. Per realizzare il potenziale di questi materiali naturali per applicazioni sostenibili, i principi sottostanti saranno oggetto di indagine in un futuro progetto di ricerca. I tintinnidi dimostrano in modo lampante l’enorme potenziale di innovazione nascosto nella diversità degli organismi unicellulari eucarioti.

Dichiarazione degli autori:

Stiamo fornendo una versione non modificata di questo manoscritto per consentire l’accesso anticipato al suo risultati. Prima della pubblicazione finale, il manoscritto sarà sottoposto a ulteriore revisione. Nota bene Potrebbero essere presenti errori che influiscono sul contenuto, e si applicano tutte le clausole di esclusione di responsabilità previste dalla legge.

Abstract

I biomateriali offrono proprietà superiori e alternative sostenibili rilevanti per la medicina, il tessile e le applicazioni ad alta tecnologia. La ricerca si è concentrata principalmente sui biomateriali proteici di origine animale, la cui riproduzione, pur mantenendo le loro notevoli proprietà, rimane complessa. In questo studio, dimostriamo che il biomateriale del guscio dei ciliati tintinnidi, un lignaggio di eucarioti unicellulari planctonici, è composto da proteine ​​strutturali autoassemblanti. I gusci si formano in acqua dolce e marina, presentano una struttura diversificata ed esibiscono resistenza alle alte temperature e agli agenti chimici più aggressivi. Combinando la trascrittomica a singola cellula con la proteomica dei gusci, identifichiamo le sequenze amminoacidiche delle proteine ​​che formano il guscio, le quali rappresentano una nuova famiglia unica per i ciliati tintinnidi, che chiamiamo Tintinnidorina. Queste proteine ​​sono ricche di residui aromatici e possiedono un’architettura coerente con segmenti flessibili e non ripiegati che collegano una struttura centrale ripiegata di foglietti beta. Queste capacità multivalenti facilitano l’immagazzinamento intracellulare, l’autoassemblaggio extracellulare, l’adesione in ambiente umido, la termostabilità e la tolleranza al sale. I ciliati Tintinnidi e le loro proteine ​​Tintinnidorina forniscono un sistema accessibile per chiarire le relazioni sequenza-struttura-materiale e ispirare la progettazione di biomateriali.

by