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Les protéines sont des expertes dans l'ingénierie des tissus durs

Les os, les dents, les coquilles et même les sculptures délicates de la membrane cellulaire dépendent de la biominéralisation, un processus par lequel les protéines utilisent des minéraux comme le calcium. La recherche de l'UE a exploré ce fascinant domaine qui pourrait révolutionner la science des matériaux.
Les protéines sont des expertes dans l'ingénierie des tissus durs
Les protéines sont capables de construire tant les tissus mous que les tissus durs mais ce secteur reste encore trop peu étudié. Les difficultés que posent l'étude des structures et fonctions des protéines au sein de surfaces solides inorganiques ont eu pour conséquences notables une mauvaise connaissance des relations moléculaires spécifiques qui, en termes de structure et de fonction régulent la biominéralisation.

Le projet BIOSILICA FORMATION (A multi-spectroscopic investigation of protein structure in biosilica composites) a étudié les molécules impliquées dans l'incorporation du silicate dans les parois cellulaires des diatomées. Les partenaires du projet cherchaient plus précisément à élucider les mécanismes de reconnaissance moléculaire utilisées par les protéines.

Plus concrètement, les diatomées sont capables de synthétiser des structures de silice organisées en nanophases dans leur environnement naturel, l'eau de mer, et à température ambiante. Les chercheurs en sciences des matériaux doivent utiliser eux, des conditions exceptionnelles comme une température ou un pH extrêmes.

Le programme de recherche portait sur la reconnaissance des phases minérales par les protéines, l'architecture des protéines au niveau des sites d'interaction avec les minéraux et enfin l'activité des chaînes latérales d'acides aminés lors de l'orientation des protéines à l'interface avec ces minéraux.

Les chercheurs ont adapté toute une gamme de techniques spectroscopiques utilisées normalement pour l'étude des biomatériaux. En s'appuyant sur la spectroscopie de génération de fréquence somme (SFG), la résonance magnétique nucléaire à l'état solide, la microscopie électronique et des modèles de simulation, ils ont examiné comment des peptides basiques exerçaient une influence sur les structures biominérales.

Les chercheurs du projet BIOSILICA FORMATION ont exploité une série de peptides Lysine-Leucine, de molécules rapporteuses ainsi qu'une unité répétitive de silafine, une protéine des diatomées, pour observer leurs interactions avec les minéraux ainsi que leur précipitation.

Leurs résultats montrent ainsi des détails de la structure de surface des chaînes latérales pendant la biominéralisation. Complété par un pliage interfacial, les chercheurs ont pu modéliser au niveau nanométrique, la morphologie résultante de la silice des particules et films minces.

L'étude BIOSILICA FORMATION a permis de montrer le rôle joué par les protéines dans le processus de biominéralisation. Cette nouvelle plateforme de connaissances pourra ainsi servir de modèle pour la conception de nouveaux biomatériaux et dispositifs biomédicaux.

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Thèmes

Life Sciences

Mots-clés

Protéines, tissu dur, biominéralisation, BIOSILICA FORMATION, silice