Vědci z Vídeňské univerzity objevili přírodní 3D tisk u štětinových červů

14/05/2024 Iveta Mauci 0 komentářů 3 min read 145 Zobrazení 3D tisk, exoskeletony, Florian Raibl, hmyz, interdisciplinární studie, laboratoř Maxe Perutze, Masarykova univerzita Brno, molekulárním biolog, příroda, štětinoví červi, tvorba štětin, Vídeň, Vídeňská univerzita

Nové Příroda/Fauna Technologie Věda Všechny články

**LARVA MOŘSKÉHO KROUŽKOVCE PLATYNEREIS DUMERILII, RASTROVACÍ ELEKTRONOVÝ MIKROFOTOGRAFIE (MĚŘÍTKO VELIKOSTI: 100 ΜM**).

Nová interdisciplinární studie vedená molekulárním biologem Florianem Raiblem z laboratoří Maxe Perutze na Vídeňské univerzitě poskytuje vzrušující pohledy na štětiny mořského kroužkovitého červa Platynereis dumerilii. Tvorbu štětin řídí specializované buňky, tzv. chaetoblasty. Jejich způsob fungování je až překvapivě podobný jako u technické 3D tiskárny.

Projekt publikovaný AAAS v Eureka Alert, je výsledkem spolupráce s výzkumníky z Helsinské univerzity, Vídeňské technické univerzity a Masarykovy univerzity v Brně. Studie byla nedávno publikována v renomovaném časopise Nature Communications.

Podle Vídeňské univerzity, nabízí lepší pochopení tohoto procesu přirozené tvorby, potenciál pro technický rozvoj.

Chitin je primárním stavebním materiálem jak pro exoskeleton hmyzu, tak pro štětiny štětinových červů, jako je mořský kroužkovec Platynereis dumerilii. Štětinatci však mají poněkud měkčí chitin – tzv. beta chitin, který je zajímavý zejména pro biomedicínské aplikace. Štětiny umožňují červům pohybovat se ve vodě. Jak přesně se chitin formuje do odlišných štětin, zatím zůstává záhadou.

Nová studie nyní poskytuje vzrušující pohled na tuto speciální biogenezi. Florian Raible vysvětluje: „Proces začíná špičkou štětiny, následuje střední část a nakonec základna štětin. Hotové části jsou vytlačovány dále a dále z těla ven. V tomto vývojovém procesu jsou důležité funkční jednotky, které jsou vytvářeny jeden po druhém, kus po kusu, což je podobné 3D tisku.“

Lepší pochopení procesů, jako jsou tyto, má také potenciál pro vývoj budoucích lékařských produktů nebo pro výrobu přirozeně rozložitelných materiálů. Beta-chitin z dorzální schránky olihně se v současnosti používá jako surovina pro výrobu zvláště dobře snášených obvazů na rány. „Možná v budoucnu bude možné použít k výrobě tohoto materiálu také buňky annelid,“ říká Raible.

Různé segmenty štětin mořského kroužkovce Platynereis dumerilii. 3D rekonstrukce z více než 1000 elektronových mikrofotografií. Čepel (vlevo), čepel s kloubem (uprostřed), hřídel (vpravo).

Přesné biologické pozadí: takzvané chaetoblasty hrají v tomto procesu ústřední roli. Chaetoblasty jsou specializované buňky s dlouhými povrchovými strukturami, tzv. mikroklky. Tyto mikroklky obsahují specifický enzym, o kterém by výzkumy mohly prokázat, že je zodpovědný za tvorbu chitinu, materiálu, ze kterého jsou nakonec vyrobeny štětiny. Výsledky vědců ukazují dynamický buněčný povrch charakterizovaný geometricky uspořádanými mikroklky.

Jednotlivé mikroklky mají podobnou funkci jako trysky 3D tiskárny. Florian Raible vysvětluje: „Naše analýza naznačuje, že chitin je produkován jednotlivými mikroklky buňky chaetoblastu. Přesná změna počtu a tvaru těchto mikroklků v průběhu času je proto klíčem k tvarování geometrických struktur jednotlivých štětin, např. jako jednotlivé zuby na špičce štětin, které jsou přesné až do submikrometrového rozsahu.“ Štětiny se obvykle vyvinou během pouhých dvou dnů a mohou mít různé tvary; v závislosti na stádiu vývoje červa jsou kratší nebo delší, špičatější nebo plošší.

*Srovnání mezi „biologickým“ (vlevo) a „technologickým“ 3D tiskem (vpravo).*

Vedle lokální spolupráce s Vídeňskou technickou univerzitou a zobrazovacími specialisty z brněnské univerzity se pro výzkumníky z Vídeňské univerzity ukázala jako velký přínos spolupráce s laboratoří Jokitalo na Helsinské univerzitě. S využitím svých odborných znalostí v sériové blokové rastrovací elektronové mikroskopii (SBF-SEM) výzkumníci zkoumali uspořádání mikroklků v procesu tvorby štětin a navrhli 3D model pro syntézu tvorby štětin. První autor Kyojiro Ikeda z Vídeňské univerzity vysvětluje: „Standardní elektronová tomografie je velmi pracná, protože řezání vzorků a jejich zkoumání v elektronovém mikroskopu se musí provádět ručně. S tímto přístupem však můžeme spolehlivě automatizovat analýza tisíců vrstev.“

**První autor Kyojiro Ikeda a vedoucí studie Florian Raible (zleva doprava).**

Skupina Raible v současné době pracuje na zlepšení rozlišení pozorování, aby bylo možné odhalit ještě více podrobností o biogenezi štětin.

* Kyojiro N. Ikeda ,Ilya Belevich ,Luis Zelaya-Lainez ,Lukáš Orel ,Josef Füssl ,Jaromír Gumulec ,Christian Hellmich ,Eija Jokitalo &Florián Raible

Článek byl upraven z tiskové zprávy AAAS, vědecká studie byla publikovaná v časopise Nature Comunnications: DOI10.1038/s41467-024-48044-3.

Napsat komentář