שיתוף פעולה בין מדעני ביופיזיקה ממינכן וביולוגיים מבניים מהמבורג, גרמניה, מסייע להסביר מדוע השרירים שלנו, וכן גם של בעלי-חיים אחרים, אינם פשוט נקרעים תחת עומס. לממצאי מחקר זה עשויים להיות השלכות מעשיות על מגוון תחומים כגון מחקר רפואי וננוטכנולוגיה
שיתוף פעולה בין מדעני ביופיזיקה ממינכן וביולוגיים מבניים מהמבורג, גרמניה, מסייע להסביר מדוע השרירים שלנו, וכן גם של בעלי-חיים אחרים, אינם פשוט נקרעים תחת עומס. לממצאי מחקר זה עשויים להיות השלכות מעשיות על מגוון תחומים כגון מחקר רפואי וננוטכנולוגיה.
הכוח הממשי של כל שריר בגוף אינו מתחיל באימון גופני – הוא נובע, בסופו של דבר, מננו-יחידות מבנה ביולוגיות. אחד ממרכיבי המפתח הינו קשר שנוצר ע"י החלבון טיטין (Titin, הערך בויקיפדיה), החלבון הטבעי הגדול ביותר הקיים. חלבון זה נחשב ל"סרגל" מולקולארי שעל בסיסו קשור כל מבנה השריר, והוא מתפקד כקפיץ גמיש כאשר השריר מתמתח.
לחלבון הטיטין יש חלק חשוב במגוון תפקודים של השריר, ואלו, בעקבות כך, תלויים ביציבות בה הוא מעוגן למבנה רחב יותר הקרוי .sarcomeric Z-disk מחקר שפורסם בשנת 2006 הראה כי עוגן זה הינו מערך חלבונים פלינדרומי נדיר (סימטרי לחלוטין, הזה במבנהו מכל צד), בו שתי פרודות טיטין קשורות יחדיו ע"י חלבון שרירים נוסף, הקרוי .telethonin הדמיות מחשב הצביעו על האפשרות כי המערך בנוי מרשת של קשרי מימן הדוקים המחברים את שני סוגי החלבונים הללו ובכך מהווים את מקור יציבותו של המבנה כולו. אולם, חסרו מדידות ישירות שתוכלנה לקדם עוד את המחקר הזה, עד פרסומן כעת של תוצאות ניסיוניות בכתב-העת המדעי Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS).
מדידות ראשונות אי-פעם אלו של יציבות מכאנית עבור המבנה החלבוני טיטין-טלטונין מצביעות על קשרים מוכוונים ביותר, חזקים ביותר, אולם רק לאורך קווי-העומס הפיסיולוגיים הטבעיים. כך, שאפילו בקנה-מידה ננומטרי, מבנה זה מתאים לעמוד בפני כוחות המשקפים את תפקודו הגופני של בעלי החיים, כלומר – הרפיה ומתיחה של שרירי שלד.
שיטות ביולוגיות ופיסיקליות מתקדמות סיפקו לחוקרים יכולת ל"מגע" ממשי בעוגן ננומטרי זה – ובעיקרן אפשרו להם להפעיל כוחות משיכה על הקשרים מכיוונים שונים ולמדוד את יציבותם של השרירים בעומסים שונים. ספקטרוסקופיית-כוח של פרודה יחידה (Single-molecule force spectroscopy) בוצעה על מיקרוסקופ כוח-אטומי שנבנה לשם כך במיוחד. "טביעות אצבע" מכאניות מאופיינות ביותר אפשרו לחוקרים להבחין בין מאורעות שמקורם בפרודה יחידה, כנדרש, לבין כאלו שמקורם במספר פרודות או יחסי-גומלין לא ייחודיים ("רעש רקע").
מדידות החוקרים אישרו כי בכיוון המתאים להתכווצות והרפית השרירים הטבעיים, המבנה המשולב של טיטין-טלטונין מספק את הקשר החלבוני החזק ביותר שנמצא עד כה בטבע. כאשר הופעל כוח בכיוונים שונים מזה, חלבוני המבנה נפרדו זה מזה. ניתן לדמיין את הקשר כקרס מכאני הנסגר במהירות אם מופעל עליו כוח בכיוון מעלה, אולם מתנתק במהרה בכיוון השונה מזה.
החוקרים צופים כי כיווניות קשרי חלבונים תהיה מושג חשוב ביותר בחקר מגוון מבנים מולקולאריים אחרים באורגניזמים חיים עליהם הטבע מפעיל עומס מכאני. הבנה טובה יותר של מושג זה תוכל לספק מידע חשוב למחקרים פיסיולוגיים וליישומים ביורפואיים. תובנות כאלו יוכלו לקדם גם התפתחויות במחקר ביו-ממטי (חיקוי הביולוגיה) ועיצובים עבור תחום הננוטכנולוגיה.
