Жемчуг издавна привлекал своей красотой. Несмотря на то, что этот природный минерал ценится больше за эстетичный вид, как выяснилось, он также обладает необычными физическими характеристиками. Группа исследователей из Стоматологического колледжа при университете Нью-Йорка описали уникальную структуру жемчужин – они в 1000 раз прочнее карбоната кальция, что делает жемчуг одним из самых крепких, и при этом легких материалов органического происхождения.

Он формируется в ответ на повреждение раковины раздражителем – к примеру, паразитом или небольшой песчинкой. Это защитный механизм раковины. Отделившиеся клетки попадают во внутреннюю ткань, где начинают активно делиться и формируют круглую полую структуру, чтобы закрыть образовавшуюся пробоину в раковине. Структура затем заполняется белками матрикса и минералами, и в конечном итоге, обретает форму жемчужины.

Известно, что 95% жемчужины составляет карбонат кальция и 5% - органический матрикс. Однако функция белков в процессе формирования структуры до недавнего времени оставалась неясной. По мнению исследователей, четкое понимание этого молекулярного механизма могло бы послужить основой для разработки прочных материалов, устойчивых к трещинам и сколам. Такие материалы можно было бы применять в самых разных областях: для создания зубных имплантатов, в аэрокосмических аппаратах и даже для передачи энергии.

Автор работы, д-р Горав Джайн, преподающий в университете Нью-Йорка рассказывает о своем исследовании: «В лаборатории проводим анализ структуры жемчужин, чтобы определить причину высокой прочности и устойчивости к трещинам у данного материала. Мы изучили белки жемчуга, составляющие основу для образования минерально-кристаллической структуры внутри раковины. Данные белки остаются в кристаллах и создают нанополости, в результате кристаллы становятся очень легкими и прочными. Наша основная цель – на основе изучаемого механизма воссоздать нечто подобное для создания долговечных стоматологических композитных материалов и материалов для реставрации костной ткани».

Процесс выращивания японских морских моллюсков Pinctada fucata регулируют белки, известные как гены PFMG, PFMG1 и PFMG2, входящие в группу из 12 генов PFMG. Они кодируют процесс формирования жемчужины и восстановления перламутрового слоя раковины. С помощью рекомбинантных генов PFGM1 и PFMG2, ученые рассмотрели несколько механизмов действия белков и кристаллов жемчуга в разных условиях, аналогичных нахождению в морской воде. Было обнаружено, что гены PFGM1 и PFMG2 формируют единый гидрогель, при этом каждый из белков отвечает за специфическую характеристику. Так PFMG2 определяет размеры скоплений гидрогеля и контролируют внутреннюю структуру белковых пленок, а PFMG1 способствует стабильности крошечных ионных кластеров, объединяющихся для формирования слоев жемчуга из карбоната кальция.