Chitón de botas de goma ( Cryptochiton stelleri ). Crédito:Laboratorio de materiales nanoestructurados y biomiméticos de Kisailus
Un molusco con dientes que pueden triturar rocas puede ser la clave para fabricar materiales de próxima generación resistentes a la abrasión y materiales a nanoescala para obtener energía.
El molusco llamado quitón de botas de goma, raspa las algas de las rocas del océano utilizando un conjunto especializado de dientes hechos del mineral magnético magnetita. Los dientes tienen la máxima dureza y rigidez de cualquier biomineral conocido. Aunque la magnetita es un mineral geológico que se encuentra comúnmente en la corteza terrestre, se sabe que solo unos pocos animales lo producen, y se sabe poco sobre cómo lo hacen.
Una mejor comprensión del proceso de biomineralización, combinado con un conocimiento profundo de la arquitectura y la mecánica del diente de quitón, podría ayudar a los científicos no solo a mejorar los recubrimientos y herramientas resistentes al desgaste, sino que también ayudan a cultivar materiales a nanoescala para aplicaciones energéticas y basadas en agua.
Ahora, por primera vez, un equipo dirigido por Michiko Nemoto, profesor asistente de agricultura en la Universidad de Okayama y David Kisailus, profesor de ciencia de materiales e ingeniería química en la Facultad de Ingeniería Bourns de UC Riverside, ha descubierto una pieza del rompecabezas genético que permite al quitón producir nanomateriales de magnetita.
Filas de dientes de quitón incrustados en una estructura en forma de cinta. Crédito:Laboratorio de materiales nanoestructurados y biomiméticos de Kisailus
Los quitones tienen varias docenas de filas de dientes unidos a una estructura en forma de cinta. Cada diente está compuesto por una cúspide mineralizada, o zona puntiaguda, y base que sostiene la cúspide mineralizada. La magnetita se deposita solo en la región de las cúspides. A medida que los dientes se desgastan, son reemplazados por dientes nuevos, por lo que siempre están presentes dientes en diferentes etapas de formación.
En lugar de buscar genes específicos, los investigadores examinaron el transcriptoma, el conjunto de todas las moléculas de ARN en los dientes, para ver qué sustancias estaban expresando realmente los genes. El ADN contiene los planos, pero el ARN es lo que "transcribe" los planos y ayuda a llevarlos a cabo.
Descubrieron que las 20 transcripciones de ARN más abundantes en la región de los dientes en desarrollo contienen ferritina, una proteína que almacena hierro y lo libera de forma controlada, mientras que los de la región de los dientes mineralizados incluyen proteínas de las mitocondrias que pueden proporcionar la energía necesaria para transformar las materias primas en magnetita. En la cúspide completamente mineralizada, los investigadores también identificaron 22 proteínas que incluían una nueva proteína que llamaron "proteína de la matriz de los dientes radulares1". La nueva proteína podría interactuar con otras sustancias presentes en los dientes para producir óxido de hierro.
Un solo diente de quitón, mostrando la cúspide de magnetita. Crédito:Laboratorio de materiales nanoestructurados y biomiméticos de Kisailus
Los hallazgos podrían ayudar a los científicos a resolver un problema urgente para la electrónica de próxima generación:fuentes de energía a nanoescala para alimentarlos. Saber controlar el crecimiento de magnetita biológica, cuyos campos magnéticos tienen aplicaciones eléctricas, podría ayudar a los científicos a crear materiales energéticos a nanoescala.
El documento de acceso abierto, "Análisis transcriptómico y proteómico integrados de un mecanismo molecular de biomineralización de dientes radulares en Cryptochiton stelleri , "fue publicado el 29 de enero en Informes científicos . Además de Nemoto y Kisailus, los autores incluyen Dongni Ren, Steven Herrera, Songqin Pan, Takashi Tamura, Kenji Inagaki.
