Ученые во главе с Митико Немото (Michiko Nemoto) из Университета Окаямы и Дэвидом Кисайлусом (David Kisailus) из Калифорнийского университета в Риверсайде смогли выяснить, каким образом морской моллюск из семейства хитонов получает свои зубы, отличающиеся рекордной твердостью. Выяснение процесса биоминерализации этих зубов вместе с подробным исследованием их архитектуры и механики должно помочь ученым не только улучшить современные износостойкие покрытия и инструменты, но научиться выращивать новые наноразмерные материалы из магнетита.
Панцирные моллюски или хитоны (Polyplacophora) встречаются в прибрежных водах многих морей и океанов. Их овальное тело покрыто сверху раковиной из восьми отдельных пластинок, налегающих друг на друга, подобно черепице на крыше дома. Если хищник отрывает моллюска от дна, тот сворачивается в шар, закрытый пластинками со всех сторон. Панцирные моллюски ползают по дну и питаются водорослями, которые они соскребают с камней при помощи радулы – особого органа, внешне напоминающего рашпиль. Вся радула покрыта множеством мелких зубчиков. У криптохитона Стеллера (Cryptochiton stelleri), которого изучали авторы нынешней работы, эти зубчики состоят из минерала магнетита.
Покрытая зубами радула криптохитона Стеллера. Фото: Kisailus Biomimetics & Nanostructured Materials Lab
Магнетит, состоящий из оксидов железа FeO и Fe2O3, широко распространен в природе, именно из него человечество получает более 70% железа. Но число биологических видов, способных накапливать его в своем организме, невелико. Чтобы понять, как это делает криптохитон Стеллера, исследователи изучили его транскриптом, то есть набор всех молекул РНК, в клетках радулы. Они установили, что в клетках, где закладываются основания зубов, присутствуют двадцать РНК, контролирующих белок ферритин, способный накапливать железо и выделять его по мере необходимости. Был открыт и новый белок, взаимодействующий с другими веществами с образованием оксида железа. Ученые назвали его «белок матрицы зубов радулы». Возле минерализованной области зубов наблюдаются скопления митохондрий, дающих необходимую энергию для превращения железа в магнетит.
Статья «Интегрированный транскриптомный и протеомный анализ молекулярного механизма биоминерализации радульных зубов у Cryptochiton stelleri» была опубликована в открытом доступе научным журналом Scientific Reports.
