Em um novo estudo publicado na Nature Physics , pesquisadores do B CUBE — Center for Molecular Bioengineering em TU Dresden e European Synchrotron Radiation Facility (ESRF) em Grenoble descrevem, pela primeira vez, que defeitos estruturais em na¡car de automontagem atraem e cancelam uns aos outros, levando a uma estrutura peria³dica perfeita.

Os moluscos constroem conchas para proteger seus tecidos moles dos predadores. Nacre, também conhecida como a madrepanãrola, tem uma intrincada, altamente regular estrutura que o torna um material extremamente forte. Dependendo da espanãcie, os na¡cares podem atingir dezenas de centa­metros de comprimento. Nãoimporta o tamanho, cada na¡car éconstrua­do com materiais depositados por uma infinidade de células únicas em vários locais diferentes ao mesmo tempo. Como exatamente essa estrutura altamente peria³dica e uniforme emerge da desordem inicial era desconhecido atéagora.

A formação do na¡car comea§a descoordenada com as células depositando o material simultaneamente em diferentes locais. Nãoéde surpreender que a estrutura do na¡car inicial não seja muito regular. Neste ponto, estãocheio de defeitos. "No ina­cio, o tecido mineral-orga¢nico em camadas estãocheio de falhas estruturais que se propagam atravanãs de várias camadas como uma hanãlice. Na verdade, eles se parecem com uma escada em espiral, com orientação para destros ou canhotos," diz o Dr. Igor Zlotnikov, lider do grupo de pesquisa no B CUBE - Centro de Bioengenharia Molecular da TU Dresden. "O papel desses defeitos na formação de um tecido tão peria³dico nunca foi estabelecido. Por outro lado, o na¡car maduro élivre de defeitos, com uma estrutura regular e uniforme. Como a perfeição poderia emergir dessa desordem?"

Os pesquisadores do grupo Zlotnikov colaboraram com a European Synchrotron Radiation Facility (ESRF) em Grenoble para dar uma olhada muito detalhada na estrutura interna do na¡car precoce e maduro. Usando nano-tomografia hologra¡fica de raios-X baseada em sa­ncrotron, os pesquisadores puderam capturar o crescimento do na¡car ao longo do tempo. "O na¡car éuma estrutura extremamente fina, com caracteri­sticas orga¢nicas abaixo de 50 nm de tamanho. O Beamline ID16A no ESRF nos forneceu uma capacidade sem precedentes de visualizar o na¡car em trêsDimensões ", explica o Dr. Zlotnikov. "A combinação de plaquetas inorga¢nicas densas e altamente peria³dicas de elanãtrons com interfaces orga¢nicas delicadas e delgadas torna o na¡car uma estrutura desafiadora para a imagem. A imagem criogaªnica nos ajudou a obter o poder de resolução de que precisa¡vamos", explica o Dr.

A análise dos dados foi um grande desafio. Os pesquisadores desenvolveram um algoritmo de segmentação usando redes neurais e o treinaram para separar diferentes camadas de na¡car. Dessa forma, eles puderam acompanhar o que acontece com os defeitos estruturais a  medida que o na¡car cresce.

 

O comportamento dos defeitos estruturais em um na¡car em crescimento foi surpreendente. Defeitos na direção oposta do parafuso foram atraa­dos uns aos outros de grandes distâncias. Os defeitos da ma£o direita e da ma£o esquerda se moveram pela estrutura, atéque se encontraram e se cancelaram. Esses eventos levaram a uma sincronização em todo o tecido. Com o tempo, permitiu que a estrutura se desenvolvesse em uma perfeitamente regular e sem defeitos .

Estruturas peria³dicas semelhantes ao na¡car são produzidas por muitas espanãcies animais diferentes. Os pesquisadores acham que o mecanismo recanãm-descoberto pode conduzir não são a formação do na¡car, mas também de outras estruturas biogaªnicas.