Ett blötdjur med tänder som kan mala ner sten kan vara nyckeln till att göra nästa generations nötningsbeständiga material och material i nanoskala för energi.

Mollusken, kallas en gumboot chiton, skrapar alger från havets stenar med hjälp av en specialiserad uppsättning tänder gjorda av det magnetiska mineralet magnetit. Tänderna har maximal hårdhet och styvhet som någon känd biomineral. Även om magnetit är ett geologiskt mineral som vanligtvis finns i jordskorpan, endast ett fåtal djur är kända för att producera det, och lite är känt om hur de gör det.

En bättre förståelse av biomineraliseringsprocessen, kombinerat med en grundlig förståelse av chiton tand arkitektur och mekanik, kan hjälpa forskare att inte bara förbättra slitstarka beläggningar och verktyg, men också hjälpa till att odla material i nanoskala för energi- och vattenbaserade tillämpningar.

Nu, för första gången, ett team ledd av Michiko Nemoto, en biträdande professor i jordbruk vid Okayama University och David Kisailus, professor i materialvetenskap och kemiteknik vid UC Riversides Bourns College of Engineering, har upptäckt en bit av det genetiska pusslet som gör det möjligt för chitonet att producera magnetitnanomaterial.

Chitons har flera dussin tänderader fästa vid en bandliknande struktur. Varje tand är sammansatt av en mineraliserad kusp, eller spetsiga områden, och bas som stöder den mineraliserade spetsen. Magnetit avsätts endast i cusp-området. När tänderna slits ersätts de av nya tänder, så tänder i olika stadier av bildning är alltid närvarande.

Istället för att leta efter specifika gener, forskarna undersökte transkriptomen, uppsättningen av alla RNA-molekyler i tänderna, för att se vilka ämnen generna faktiskt uttryckte. DNA innehåller ritningarna, men RNA är det som "transkriberar" ritningarna och hjälper till att utföra dem.

De fann att de 20 vanligaste RNA-transkripten i den utvecklande tandregionen innehåller ferritin, ett protein som lagrar järn och släpper ut det på ett kontrollerat sätt, medan de i den mineraliserade tänderna inkluderar proteiner av mitokondrier som kan ge den energi som krävs för att omvandla råvarorna till magnetit. På den helt mineraliserade spetsen identifierade forskarna också 22 proteiner som inkluderade ett nytt protein som de kallade "radular tandmatrisprotein1." Det nya proteinet kan interagera med andra ämnen som finns på tänderna för att producera järnoxid.

Resultaten kan hjälpa forskare att lösa ett akut problem för nästa generations elektronik - energikällor i nanoskala för att driva dem. Att veta hur man kontrollerar tillväxten av biologisk magnetit, vars magnetfält har elektriska tillämpningar, kan hjälpa forskare att skapa energimaterial i nanoskala.

papper med öppen tillgång, "Integrerade transkriptomiska och proteomiska analyser av en molekylär mekanism för biomineralisering av radulära tänder i Cryptochiton stelleri , " publicerades 29 januari i Vetenskapliga rapporter . Förutom Nemoto och Kisailus, författare inkluderar Dongni Ren, Steven Herrera, Songqin Pan, Takashi Tamura, Kenji Inagaki.