Detección e identificación de componentes orgánicos en conchas de moluscos

Los biomateriales son tan sorprendentemente variados como abundantes en nuestro mundo. La biomineralizacion (regulacion biologica de la mineralizacion) comenzo hace mas de 500 millones de anos, siendo sin duda uno de los factores clave en el desarrollo de la vida en este planeta. El estudio de los procesos de biomineralizacion es de una importancia y complejidad tal que es imposible abordarlo desde un solo campo de la ciencia, precisando un enfoque multidisciplinar. Es importante para la ciencia que se dedica al estudio de materiales, para la medicina reparativa, e igualmente sustancial en investigaciones evolutivas, filogeneticas, estratigraficas y por supuesto ecologicas. Es muy dificil (si no imposible) abarcar la amplitud y significacion de la biomineralizacion con la mente. Es un fenomeno biologico donde confluye el mundo vivo con el mundo mineral; ambos se unen, se asocian, y conducen a materiales hibridos. La parte de la ciencia que aborda el estudio de la biomineralizacion se centra en la interaccion entre los componentes inorganicos de estas estructuras con su fraccion organica. Gracias a esta ultima adquieren las propiedades y cualidades que han hecho a los biominerales tan variados y exitosos evolutivamente. Como puede la materia viva dirigir la formacion de minerales? Como se controlan la composicion, la forma, la localizacion y hasta la reparacion si se hace precisa? En los ultimos anos, el abordaje multidisciplinar del proceso esta revolucionando, como quizas era esperable, campos muy diferentes de la ciencia, desde la biologia basica hasta la geologia, pasando por ingenierias y las nacientes ciencias de investigacion en nuevos materiales. Se especula, y se trabaja en ello desde hace varias decadas, en la consecucion de productos industriales muy superiores a los usados en la actualidad, pero se hace preciso previamente desvelar la complejidad del proceso. En el Phylum Mollusca (el segundo mas numeroso de todo el reino animal, tras los artropodos) sus biominerales se revelan dia a dia como sumamente complejos y fascinantes. En moluscos, la matriz organica de la concha se compone de un gran numero de proteinas, glicoproteinas y polisacaridos, que son secretados por el epitelio calcificante del manto, y que juegan un papel fundamental en las funciones de la sintesis de la concha. El estudio de la biomineralizacion se enfrenta a dos grandes retos, uno de ellos esta representado por la microestructura lamelar cruzada, el otro por el nacar. La lamelar cruzada es con diferencia la microestrcutura mas abundante, pero pese a ello apenas hemos comenzado a desvelar sus secretos. El nacar, es la microestructura mas estudiada pero aun alberga muchas incognitas, no solo en cuanto a su desarrollo, sino tambien en lo que respecta a la propia estructura. En este estudio, se ha caracterizado bioquimicamente la matriz asociada a la estructura lamelar cruzada de la concha reina, Lobatus gigas. Las matrices organicas soluble e insoluble representan una fraccion minoritaria de la concha. Ambas estan compuestas por una pequena proporcion de proteinas. De ellas se han purificado tres fracciones dominantes mediante electroforesis SDS-PAGE preparativa, denominadas como 1P3, 2P3 y 3P3, y posteriormente han sido caracterizadas. Comparada con otras matrices, esta esta debilmente glicosilada (3%). Solo la fraccion 3P3 se presenta notablemente glicosilada. La composicion de azucares muestra que la manosa es el monosacarido principal. Siendo la primera vez que se constata este dato. Las proteinas purificadas interaccionan con el carbonato calcico durante el proceso de cristalizacion in vitro, pero esta interaccion es moderada. Se empleo el anticuerpo obtenido frente a 3P3 se uso para localizar a estas proteinas en las conchas mediante inmunogold. Se han estudiado las fibras de quitina en conchas con estructura nacarada. Aunque de manera general se acepta que las fibras de quitina se presentan en las membranas interlamelares del nacar, la disposicion de estas fibras ha sido discutida. Hasta ahora la mayoria de las observaciones se habian realizado en conchas desmineralizadas, donde la estructura original se pierde. En nuestro estudio hemos aplicado diferentes tecnicas de marcaje (inmunofluorescencia directa e inmunogold) de las fibras de quitina en conchas no desmineralizadas. Hemos puesto asi de manifiesto la disposicion y la naturaleza de las diferentes fibras en la superficie del nacar sin desmineralizar, de los bivalvos Neotrigonia sp. , Haliotis rufescens y Pteria Hirundo, trabajando con microscopia confocal y con microscopia electronica de barrido (SEM). Durante el desarrollo experimental se encontraron evidencias de la presencia de quitina intracristalina en las plaquitas de nacar. Las observaciones realizadas, y los resultados experimentales, nos han ayudado a desvelar las dinamicas de crecimiento del nacar, mediante la interaccion de la materia organica con el carbonato calcico. Este trabajo es una aproximacion, desde las tecnicas microscopicas y moleculares, al conocimiento de los componentes organicos que otorgan a estas dos microestructuras sus peculiares caracteristicas. Es un pequeno avance que abre camino a investigaciones posteriores. Se precisaran muchos anos de estudio para desvelar por completo los secretos mecanismos de interacciones surgidas, y seleccionadas, a lo largo de cientos de millones de anos. Osuna-Mascaro, A. , Cruz-Bustos, Benhamada, S. , et al., The shell organic matrix of the crossed lamellar queen conch shell (Strombus gigas). Comp Biochem Physiol B Biochem Mol Biol, 2014. 168: p. 76-85. Checa, A.G. , J.H. Cartwright, and M. -G. Willinger, The key role of the surface membrane in why gastropod nacre grows in towers. 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