Un mollusco con denti in grado di frantumare la roccia può essere la chiave per realizzare materiali resistenti all'abrasione di prossima generazione e materiali su scala nanometrica per l'energia.

Il mollusco, chiamato chitone di stivali di gomma, raschia le alghe dalle rocce oceaniche usando una serie di denti speciali realizzati con il minerale magnetico magnetite. I denti hanno la massima durezza e rigidità di qualsiasi biominerale conosciuto. Sebbene la magnetite sia un minerale geologico che si trova comunemente nella crosta terrestre, solo pochi animali sono noti per produrlo, e poco si sa su come lo fanno.

Una migliore comprensione del processo di biomineralizzazione, combinato con una conoscenza approfondita dell'architettura e della meccanica dei denti di chitone, potrebbe aiutare gli scienziati non solo a migliorare i rivestimenti e gli strumenti resistenti all'usura, ma aiuta anche a far crescere materiali su scala nanometrica per applicazioni energetiche e basate sull'acqua.

Ora, per la prima volta, un team guidato da Michiko Nemoto, un assistente professore di agricoltura all'Università di Okayama e David Kisailus, un professore di scienza dei materiali e ingegneria chimica presso il Bourns College of Engineering di UC Riverside, ha scoperto un pezzo del puzzle genetico che consente al chitone di produrre nanomateriali di magnetite.

I chitoni hanno diverse dozzine di file di denti attaccati a una struttura a nastro. Ogni dente è composto da una cuspide mineralizzata, o zona appuntita, e base che sostiene la cuspide mineralizzata. La magnetite si deposita solo nella regione delle cuspidi. Quando i denti si consumano vengono sostituiti da nuovi denti, così i denti in vari stadi di formazione sono sempre presenti.

Piuttosto che cercare geni specifici, i ricercatori hanno esaminato il trascrittoma, l'insieme di tutte le molecole di RNA nei denti, per vedere quali sostanze i geni stessero effettivamente esprimendo. Il DNA contiene i progetti, ma l'RNA è ciò che "trascrive" i progetti e aiuta a realizzarli.

Hanno scoperto che i 20 trascritti di RNA più abbondanti nella regione dei denti in via di sviluppo contengono ferritina, una proteina che immagazzina il ferro e lo rilascia in modo controllato, mentre quelli nella regione dei denti mineralizzati includono proteine ​​dei mitocondri che possono fornire l'energia necessaria per trasformare le materie prime in magnetite. Sulla cuspide completamente mineralizzata i ricercatori hanno anche identificato 22 proteine ​​​​che includevano una nuova proteina che hanno chiamato "proteina della matrice dei denti radulari". La nuova proteina potrebbe interagire con altre sostanze presenti sui denti per produrre ossido di ferro.

I risultati potrebbero aiutare gli scienziati a risolvere un problema urgente per l'elettronica di prossima generazione:fonti di energia su nanoscala per alimentarli. Saper controllare la crescita della magnetite biologica, i cui campi magnetici hanno applicazioni elettriche, potrebbe aiutare gli scienziati a creare materiali energetici su scala nanometrica.

Il documento ad accesso libero, "Analisi trascrittomica e proteomica integrate di un meccanismo molecolare di biomineralizzazione dei denti radulari in Criptochiton stelleri , " è stato pubblicato il 29 gennaio in Rapporti scientifici . Oltre a Nemoto e Kisailus, autori includono Dongni Ren, Steven Herrera, Songqin Pan, Takashi Tamura, Kenji Inagaki.