Секрет мидий – универсальный биологический клей

Дата создания: 2015/04/25

Мидии (Mytilus), род двустворчатых моллюсков. Раковина мидий очень прочная (из углекислой извести на органической основе) клиновидно-овальная, длиной до 20 см.

В мантийной полости мидий осуществляется циркуляция воды, необходимая для дыхания и поступления пищевых частиц. Крупные мидии могут пропускать через мантийную полость до 70 л воды в сутки; пищевые частицы при этом направляются к ротовому отверстию, а остальные удаляются из организма; таким образом мидии очищают воду от взвешенных частиц, которые затем оседают на грунт.

Мидии распространены в умеренных и тропических водах Мирового океана. Широко распространена в умеренных и субтропических водах Северного полушария съедобная мидия, местами образующая сплошные поселения – мидиевые банки; она является также компонентом обрастаний подводных частей портовых сооружений и судов.

Биссус - продукт выделения биссусовой железы, расположенной в т. н. ноге многих двустворчатых моллюсков. Сразу после выделения биссус затвердевает и образует прочные шелковистые нити, с помощью которых мидии прикрепляются к твёрдому субстрату (камни, скалы в прибрежной полосе моря, в устьях рек и даже местах сильного прибоя), а также к другим мидиям, вследствие чего образуются их сростки. Селятся они, впрочем, и на песчаном или илистом дне.

Каждый, кто хоть раз охотился на мидий, собирая их на дне Чёрного моря, скажем, в окрестностях Туапсе или Пицунды, знает, как трудно отодрать этих связочнозубых моллюсков от облюбованных ими камней. Однако немногие задумывались над тем, что же за химический механизм позволяет этим животным столь прочно приклеиваться ко всевозможным поверхностям. А вот доцент Джонатан Уилкер из университета Пэрдью (США) заинтересовался этим всерьёз и даже провёл исследование, ведь ранее ни в каких письменных источниках об этом не упоминалось.

После трёх лет работы американские учёные из группы Уилкера установили, что главная роль принадлежит ионам железа. Белок, которым мидии прикрепляются к субстрату, имеет вид вязкого геля. Однако, в присутствии хоть малейшей концентрации ионов трёхвалентного железа вещество затвердевает примерно спустя пять минут.

Учёные выяснили, что в затвердевшем клее присутствуют центры трёхвалентного железа и органические радикалы. У белков, выделяемых биссусной железой, имеются группы дигидроксифенилаланина. Именно к ним присоединяется ион трёхвалентного железа, который мидия получает, фильтруя воду. Возникший центр и сшивает белковые последовательности. Далее следует окисление белка на воздухе, и возникающие радикалы обеспечивают сцепление с любой поверхностью.

В литературе имеются довольно полные данные о константах устойчивости комплексов биометаллов с α-аминокислотами. Во всех случаях сохраняется один и тот же порядок изменения устойчивости в ряду биометаллов, где Fe+3 занимает первое место, т.е. образует наиболее стойкие соединения. Константа устойчивости комплекса фенилаланина с Fe+3 равна 10,0.

Мясо голубых свежемороженых мидий (m = 43,7 г) измельчили и приготовили экстракт, залив водой «до зеркала». Взбалтывали смесь в течение пяти минут. После этого профильтровали экстракт через вату.

Приготовили 1% раствор хлорида железа (III) (V = 16 мл).

На предметное стекло по каплям добавили экстракт мидий и хлорид железа в разных отношениях. Готовые препараты накрыли вторым стеклом так, что площадь склеивания составила 1 см2. Для чистоты эксперимента три препарата представляли собой воду, хлорид железа (III) и экстракт мидий соответственно в чистом виде. Затем оставили полученные препараты в тёплом месте для высыхания на сутки.

По истечению указанного времени проверили склеенные предметные стёкла на прочность.

Для этого взяли пару склеенных стёкол и закрепили одно из них (верхнее) на штативе, а к нижнему подвесили груз. По мере возрастания прочности склеенных стёкол масса груза увеличивалась. Не все препараты дали одинаковые результаты, но все объекты, кроме склеенных водой и хлоридом железа (III), выдержали минимальную нагрузку.

В процессе работы мы убедились, что секрет, выделяемый морскими мидиями действительно способен в присутствии ионов Fe+3 склеивать предметы. Причём, в ходе опытов мы определили ту концентрацию ионов железа, которая обеспечивает наиболее прочное соединение.

Проводя опыты с чистым экстрактом речной улитки, нас удивил тот факт, что этот препарат отличается высоким пределом прочности, выше, чем любой препарат, приготовленный из экстракта мидий. Можно предполагать, что в организме улиток действительно выделяются какие-либо вещества, способные склеивать поверхности.

Вполне возможно, что полученные данные помогут разработать гораздо более мощные клеи, чем те, Мидия прикреплена к что доступны сегодня при современном уровне субстрату технологий.

Одно из предлагаемых применений - это хирургические клеи. Ведь получаемый с помощью мидий клей имеет биологическую основу, а потому может применяться в медицине, заменяя хирургические нитки, которыми зашивают швы, оставленные после резекции кожи скальпелем во время полостной операции, или, например, для сшивания нервных волокон.

Так как секрет мидий способен взаимодействовать с ионами металлов типа железа, образуя координационные соединения, то он может скреплять не только биологические материалы, но и металл, и камень. А это значит, что на его основе можно будет создать универсальный клей, применяемый как в медицине, так и в технических отраслях.