Menurut statistik, dokter yang paling mengerikan adalah dokter gigi. Para penganut bor dan gas tertawa ini siap melakukan apa saja untuk membuat manik-manik dari gigi Anda. Setidaknya itulah yang dipikirkan orang dengan dentophobia. Padahal, pekerjaan dokter gigi itu penting dan perlu. Tetapi siapa pun yang tidak membutuhkan dokter gigi adalah chitons - shell moluska. Gigi mereka begitu kuat sehingga frasa βmengunyah granit sainsβ memiliki makna literal. Gigi pada tunik radula ditutupi dengan mineral magnetit, yang penghuni laut ini hasilkan secara independen. Jadi para ilmuwan memutuskan untuk mempelajari proses ini secara lebih terperinci dengan harapan mendapatkan informasi baru yang dapat membantu dalam penciptaan bahan baru yang sangat kuat. Bagaimana para ilmuwan melakukan penelitian mereka pada "senyum" tunik, apa yang mereka berhasil temukan dan bagaimana penemuan mereka dapat membantu orang - jawaban atas pertanyaan-pertanyaan ini ada dalam laporan kelompok penelitian. Ayo pergi.
MalakologiKiton atau cangkang-moluska adalah kelas moluska laut yang tertutup cangkang. Berikut ini adalah tautologi. Saat ini, ada sekitar 1.500 spesies yang hidup di berbagai wilayah geografis dan lapisan air (dari air dangkal hingga kedalaman 2.500 m). Fitur pertama yang menarik perhatian Anda adalah karapas mereka. Ini terdiri dari 8 piring yang saling berhubungan cukup bergerak, yang memungkinkan tunik runtuh menjadi bola jika terjadi bahaya.
Chiton dari spesies Cryptochiton stelleri.Jika kita mengatakan bahwa silsilah tunik sangat kuno, maka ini akan menjadi pernyataan yang meremehkan, karena beberapa peninggalan nenek moyang tunik (fosil) sekitar 400 juta tahun. Pada saat yang sama, penghuni laut ini tertutup - deskripsi pertama tunik berasal dari tahun 1758 setelah kepengarangan ilmuwan Swedia Karl Linnaeus.
Tunik radula.Mimpi buruk setiap dokter gigi adalah mulut tunik, dilengkapi dengan radula dengan beberapa baris gigi masing-masing 17 buah. Sekali lagi, kami mengucapkan terima kasih kepada evolusi bahwa makhluk-makhluk ini tumbuh hingga maksimum 35 cm dan memakan ganggang mikroskopis, dan bukan manusia. Setiap gigi dilapisi dengan magnetit, yang membantu mereka mengikis makanan mereka dari permukaan apa pun.
Dan inilah fitur yang menarik perhatian para ilmuwan. Bagaimana chiton menghasilkan magnetit, membuat gigi mereka salah satu yang terkuat di alam?
MagnetitMagnetit (Fe3O4 / besi oksida), seperti yang Anda duga dari namanya, memiliki sifat magnetik yang kuat, selain itu, ia adalah semikonduktor. Anda tidak dapat menyebut mineral ini langka, tetapi adalah sesuatu untuk menambangnya di beberapa gunung dan cukup lain untuk mengembangkannya dengan tubuh Anda sendiri untuk memberikan kekuatan pada gigi Anda.
Jadi, kami berkenalan dengan protagonis dari penelitian ini dan "kekuatan supernya". Sekarang saatnya untuk mempelajari lebih dalam studi itu sendiri dan hasilnya.
Dasar studiPara ilmuwan telah lama mengetahui bahwa beberapa organisme dapat menghasilkan magnetit. Di antara organisme ini ada bakteri, lebah, salmon, dan bahkan merpati. Namun, sejak penemuan fitur seperti itu di chitons pada tahun 1962, mekanisme produksi magnetit belum sepenuhnya dijelaskan. Para ilmuwan mencatat bahwa minat terhadap chitons telah meningkat berkali-kali setelah magnetit yang diproduksi oleh Cryptochiton stelleri (sejenis chitons) diakui sebagai salah satu biominerals yang paling tahan lama.
Ciri penting lain dari chitons adalah penggantian sejumlah gigi aus dengan yang baru terbentuk di dalam radula, yang memungkinkan kita untuk menganalisis seluruh proses mineralisasi. 8-12 baris pertama gigi C. stelleri transparan dan tidak memiliki magnetit, tetapi lebih banyak mengandung Ξ±-kitin dan protein. Setelah 2-5 baris gigi, mereka menggelap menjadi warna coklat kemerahan, yang secara visual sesuai dengan mineralisasi parsial dengan menggunakan oksida besi nanokristalin amorf (ferrihydrite). Dan barisan gigi terbaru telah menyatakan tonjolan hitam, yang menunjukkan selesainya proses mineralisasi, yaitu transisi ferrihydrite ke magnetite.
Nuansa penting - permukaan radula dan pangkal gigi sebagian besar terdiri dari Ξ±-kitin, tetapi ujung gigi sudah terdiri dari mineral. Dan ini berarti bahwa ada sejumlah protein yang menentukan spesifikasi pembentukan oksida besi dan cakupan lebih lanjut dari daerah khusus ini dengan magnetit.
Untuk mempelajari proses ini, para ilmuwan melakukan serangkaian pengamatan yang memungkinkan untuk membuat ulang dengan transkrip radula jaringan chiton C. stelleri dari kedua area - dengan dan tanpa mineralisasi.
Hasil
Gambar No. 1Gigi moluska terbentuk di dalam jaringan radula, di mana mereka dikelilingi oleh sel-sel epitel (
1a ). Oleh karena itu, protein yang diperlukan untuk pembentukannya diproduksi dalam sel yang sama.
Para ilmuwan mengisolasi RNA dari jaringan radula untuk membangun serangkaian urutan yang diekspresikan dalam jaringan ini (transkrip).
Jaringan dari tiga situs (
1a ) berfungsi sebagai sampel untuk isolasi RNA: 8-12 baris pertama gigi (tanpa mineralisasi), 2-5 baris (mineralisasi parsial) dan 5-6 baris (mineralisasi penuh). Selanjutnya, sekuensing RNA, yaitu penentuan struktur primer RNA, dilakukan. Data dari situs mineralisasi dan non-mineral dikumpulkan dalam 187980 transkrip. Panjang rata-rata satu transkrip adalah 705 bp (pasangan berpasangan / pasangan nukleotida), dan maksimum mencapai 16738 bp.
Gambar
1b secara skematis menunjukkan gigi chiton: membran radula di pangkalan, kemudian bagian utama dan ujung gigi yang tajam (bagian luar).
Hasil Sequencing RNA Tabel C. stelleri.Di antara 20 transkrip yang paling diekspresikan di wilayah gigi non-mineral, lima transkrip adalah isoform dari protein
Cs17717 | c0_g1 . Itu juga mengungkapkan 2 transkrip protein seperti
peritropin -
Cs79475 | c0_g1_i1 dan
Cs70642 | c0_g2_i1 yang memiliki domain pengikat kitin. Penting juga untuk dicatat bahwa
Cs25220 | c1_g1_i1 mirip dengan protein Pif, yang dikaitkan dengan biomineralisasi kalsium karbonat dalam moluska. Dengan demikian, protein di atas memiliki domain pengikat kitin tipe 2.
Gambar berbeda diamati pada dua puluh transkrip yang diekspresikan di wilayah mineralisasi gigi. 35% dari mereka adalah enzim rantai pernapasan mitokondria.
Protein Cs12250 | c0_g1_i1 yang terlibat dalam pengikatan kitin juga terdeteksi. Yang menarik, protein ini sebelumnya ditemukan di paruh cumi-cumi. Sekitar 25% dari transkrip adalah isoform dari protein
Cs22243 | c0_g7 , yang fungsinya belum dipelajari.
Para ilmuwan telah mengidentifikasi sejumlah protein penting dalam pendapat mereka yang terlibat dalam proses mineralisasi. Tetapi mereka menganggap ferritin sebagai yang paling penting, yang diperlukan untuk penyimpanan dan transfer zat besi. Ferritin membentuk sel protein - semacam jebakan di mana hingga 4.500 atom besi ditempatkan dalam bentuk mineral yang didasarkan pada oksida besi.
Tabel semua protein yang terkait dengan mineralisasi gigi C. stelleri.Dan karena gen feritin ditemukan dalam jaringan radula moluska yang diuji, para ilmuwan dengan berani menyarankan bahwa ia terlibat dalam proses mineralisasi gigi.
Para ilmuwan menganalisis 134.993 transkrip untuk tanda-tanda homologi (kesamaan genetik) dengan gen feritin. Hasilnya, 4 sekuens transkrip asam amino diisolasi.
Analisis keempat menunjukkan bahwa
Cs90734 | c0_g1_i1 memiliki homologi dengan ferritins yang disekresikan, sedangkan tiga yang tersisa (
Cs22563 | c0_g1_i1 ,
Cs75144 | c0_g1_i1 dan
Cs17042 | c0_g1_i1 ) lebih mirip dengan
ferrit sitoplasmik.
Para ilmuwan juga menunjukkan bahwa feritin
Cs90734 | c0_g1_i1 , tidak seperti "rekan-rekannya," memiliki beberapa sifat struktural yang melekat pada feritin tipe yang disekresikan, dan bukan sitoplasma.
Pertama, ia memiliki sisipan sekitar 40 residu asam amino (asam amino di luar urutan peptida). Kedua, residu pengikat logam digantikan oleh asam amino lainnya. Satu-satunya hal yang tidak
dimiliki Cs90734 | c0_g1_i1 dari ferritins tipe yang disekresikan adalah urutan sinyal.
Tingkat ekspresi tertinggi adalah untuk satu ferritin spesifik -
Cs75144 | c0_g1_i1 , yang mana, yang menarik, lebih jelas di daerah non-mineralisasi gigi. Ini menunjukkan pentingnya dalam proses mineralisasi.
Sebanyak 31 protein dari dasar gigi dan membran radula diidentifikasi. Dari jumlah tersebut, 22 diidentifikasi selama tahap pertama analisis menggunakan spektrometri massa tandem. Teknik ini juga memungkinkan untuk memahami bahwa sekuens peptida dari area mineralisasi berkorelasi dengan 232 transkrip, dan sekuens peptida dari dasar dan membran gigi dengan 114 transkrip.
77 protein diidentifikasi dari area ujung gigi (61 selama analisis pertama dan 54 selama kedua), di antaranya adalah sebagai berikut: mioglobin, aktin, faktor pemanjangan 1 alfa dan arginin kinase (
Cs77196 | c0_g2_i1 ,
Cs47470 | c2_g3_i1 ,
Cs24351_c1_1 Cs82664 | c0_g1_i1 , masing-masing). Semuanya diwakili oleh dua puluh transkrip yang paling diekspresikan di daerah non-mineralisasi gigi.
Selama pencarian mereka yang bertanggung jawab untuk mineralisasi protein, perangkat lunak Mascot digunakan, bekerja berdasarkan data spektrometri massa dan menentukan protein dengan urutan peptida. Di antara protein yang diteliti, perhatian khusus diberikan kepada protein
Cs68435 | c0_g1_i1 yang sebelumnya tidak dikenal, yang tidak memiliki fitur umum dengan urutan protein lainnya. Para ilmuwan memberinya nama
RTMP1 (protein matriks gigi radial 1).
Urutan peptida protein
Cs68435 | c0_g1_i1 mengandung residu glisin dan serin. Karena lima-prime (5 ') protein ini dipersingkat, total panjang urutan ditentukan menggunakan 5β²-RACE.
RACE (amplifikasi cepat ujung cDNA) adalah metode untuk menghasilkan daerah ujung ganda cDNA yang homolog dengan 3 R atau 5 β² ujung molekul mRNA tertentu.
Urutan asam amino lengkap dari protein RTMP1 baru.Gambaran umum dari urutan adalah sebagai berikut: situs diperkaya dengan glisin dan serin (GS), kemudian situs dengan triptofan dan fenilalanin (WF) dan situs yang kaya akan histidin (H).
Para ilmuwan juga menemukan bahwa penyelarasan sekuens WF dari domain pengikat kitin RTMP1 dari empat kitin bakteri (enzim yang mengaktifkan degradasi kitin) menunjukkan bahwa tiga dari lima residu diduga yang berinteraksi dengan kitin dalam domain pengikat kitin juga ada di RTMP1.
Para ilmuwan telah menentukan profil ekspresi transkrip yang terkait dengan protein mineralisasi pada periode mineralisasi yang berbeda. Tingkat ekspresi beberapa transkrip (misalnya, protein seperti neuroglobin, superoksida dismutase, peroksiredoksin-6, dll.) Berbeda sekitar 4 kali di daerah gigi dengan dan tanpa mineralisasi. Tingkat ekspresi bervariasi tergantung pada jalannya proses mineralisasi. Dengan kata lain, semakin dekat ke situs mineralisasi, semakin rendah ekspresi beberapa transkrip dan semakin tinggi ekspresi orang lain (misalnya, protein RTMP1).
Untuk kenalan yang lebih terperinci dengan penelitian ini, saya sangat menyarankan agar Anda melihat
laporan kelompok riset dan
bahan -
bahan tambahan untuknya.
EpilogPenelitian ini adalah yang pertama menunjukkan transkrip radon chiton jaringan. Para ilmuwan dapat menemukan bahwa transkrip yang paling diungkapkan di daerah non-mineralisasi mengandung gen feritin, dan pada yang termineralisasi - enzim rantai pernapasan mitokondria.
Para peneliti juga mengisolasi 22 protein di daerah mineral, di antaranya yang benar-benar baru ditemukan - RTMP1. Protein inilah yang akan diuji dalam studi lebih lanjut tentang mineralisasi besi oksida dalam tunik.
Karya ini adalah langkah pertama dalam memahami bagaimana mineral sebenarnya terbentuk dalam sistem biologis. Kasus-kasus seperti itu tidak jarang, tetapi mereka telah dipelajari secara sangat dangkal saat ini. Di masa depan, pengetahuan semacam itu dapat membantu menciptakan metode baru dalam menumbuhkan bahan tertentu, memberinya sifat yang sangat berguna (kekuatan, konduktivitas listrik, magnetisasi, dll.).
Terima kasih atas perhatian Anda, tetap ingin tahu dan selamat bekerja, kawan.
Terima kasih telah tinggal bersama kami. Apakah Anda suka artikel kami? Ingin melihat materi yang lebih menarik? Dukung kami dengan melakukan pemesanan atau merekomendasikannya kepada teman-teman Anda,
diskon 30% untuk pengguna Habr pada analog unik dari server entry-level yang kami temukan untuk Anda: Seluruh kebenaran tentang VPS (KVM) E5-2650 v4 (6 Cores) 10GB DDR4 240GB SSD 1Gbps dari $ 20 atau bagaimana membagi server? (opsi tersedia dengan RAID1 dan RAID10, hingga 24 core dan hingga 40GB DDR4).
VPS (KVM) E5-2650 v4 (6 Cores) 10GB DDR4 240GB SSD 1Gbps hingga musim semi gratis ketika membayar selama setengah tahun, Anda dapat memesan di
sini .
Dell R730xd 2 kali lebih murah? Hanya kami yang memiliki
2 x Intel Dodeca-Core Xeon E5-2650v4 128GB DDR4 6x480GB SSD 1Gbps 100 TV dari $ 249 di Belanda dan Amerika Serikat! Baca tentang
Cara Membangun Infrastruktur Bldg. kelas menggunakan server Dell R730xd E5-2650 v4 seharga 9.000 euro untuk satu sen?