A tudósok meghatározzák, hogyan épít a természet a kitinnel

Az írók ismerik a toll erejét, de a tudósok csak felfedezik annak titkait.

Az a toll, amely Mark Messerli, a Dél-Dakotai Állami Egyetem Biológiai és Mikrobiológiai Tanszékének adjunktusát érdekli, rugalmas csontvázszerkezet a tintahal testében. A toll a tintahal sugárhajtásáért felelős izom, a hátsó palást alá van ágyazva, és támogatja az állat izomszöveteit és szerveit.

A tintahal tollja olyan belső szerkezet, mint a csontjaink, kivéve, hogy csak kitinből és fehérjéből áll. Szárítva rovarszárnyra hasonlít, azzal a különbséggel, hogy körülbelül 100-szor nagyobb. Rugalmas és nagy szakítószilárdsággal rendelkezik. "

Mark Messerli, a Dél-Dakota Állami Egyetem Biológiai és Mikrobiológiai Tanszékének adjunktusa

Messerli csapata a tintahal tollát tervezi meg, hogy segítsen a tudósoknak szövetállványokat készíteni a sérült porc, csontok és szalagok helyreállításához vagy pótlásához. Az ismeretek olyan új rovarirtókhoz is vezethetnek, amelyek olyan betegségeket terjesztő és a növényeket elpusztító rovarokat vesznek célba.

Noha a tudósok a hosszúúszójú, part menti tintahalat mint modellszervezetet használták az agy és az érzékszervi biológia kutatásához, Messerli és csapata a Természettudományi Főiskolán elsőként tanulmányozza a tintahal tollának kialakítását és fehérje összetételét. "A toll dekonstrukciójával azonosítjuk, hogyan épít a természet a kitinnel" - mondta.

A tanulmány eredményeit a tengerbiológiai kutatásokat bemutató Biological Bulletin augusztusi számában teszik közzé. A tanulmányban használt tintahal kikeléséről készült fénykép szerepel a folyóirat borítóján.

Messerli együttműködött a projektben Michael Shribak tudós, Joshua Rosenthal, a Tengeri Biológiai Laboratórium tudományos főmunkatársa, valamint Joel Sohn, a Harvard Egyetem tudományos munkatársa. Két SDSU végzős hallgató és több egyetemista is dolgozott a projekten.

A kutatást az Eugene and Millicent Bell Fellowship Fund támogatta a Tissue Engineering-ben; Nemzeti Egészségügyi Intézetek és a Nemzeti Tudományos Alapítvány; az Agrár-, Élelmiszer- és Környezettudományi Főiskola egyetemi kutatási díja; és magánadományozó.

Kitinnel építve

A kitin egy természetes szerves polimer, amely csak a cellulóz után bőségesen második, magyarázta Messerli. A cellulózzal ellentétben azonban az emberi test képes lebontani a kitint, amely szintén antimikrobiális anyag. A kovaföldnek nevezett algákból, valamint a garnélarák- és rákhéjakból kinitált kitint már használják biológiailag lebontható kötések és műanyagok készítéséhez.

Kapcsolódó történetek

A természet kitint használ a garnélarák és a rovarok vékony, védő héjának megépítéséhez, és a kitint ásványi anyagokkal kombinálja a kagylók, rákok, osztrigák és más puhatestűek héjának felépítéséhez.

"A tintahal toll jobban dekonstrukciónak van kitéve, mert nem mineralizált, mint az osztrigahéj, vagy nem szklerotizált, mint a rovarhéj" - mondta Messerli. Továbbá a tudósok szekvenálják a tintahal genomját, ezért olyan eszközöket fejlesztenek ki, amelyek segítenek ennek a szervezetnek a tanulmányozásában. "Ez egy másik oka annak, hogy a tintahal jó modell" - mutatott rá.

Fehérjék elemzése tintahalban

A tintahal tollát rétegekbe állítják össze, hasonlóan a 3D nyomtatáshoz a modern eszközök felépítéséhez - magyarázta Messerli, összehasonlítva a fehérjék kibontásának folyamatát a cellulózrostok és a rétegelt lemez ragasztóinak szétválasztásával. "Számos olyan fehérjét azonosítottunk a tollban, amelyekről azt gondoljuk, hogy az összeállításához használjuk, és azokat a fehérjéket jellemezzük, amelyek hasonlóak a kitin egyéb struktúráiban található fehérjékhez."

Ugyanakkor megjegyezte: "A tollban található néhány fehérje ismeretlen; eddig más hasonló organizmusban sincs hasonló, ezért még nem azonosítottuk a funkciójukat." A következő lépés a fehérjék teljes hosszúságú szekvenciáinak megszerzése lesz. "Végső soron azt akarjuk tudni, hogy ezeknek a fehérjéknek a kémiája segíthet-e nekünk fejlettebb struktúrák kiépítésében a kitin felhasználásával, és meghatározni, hogyan lehet gyengíteni a rovarkártevők védelmét."

A rovarok nemcsak fehérjéből és kitinből építik fel az exoszkeletont, hanem a bélüket is vékony réteg kitin szegélyezi - magyarázta Messerli. "Egyes rovarölő szerek megbontják ezt a kitinréteget, így a bélben lévő natív baktériumok és vírusok elpusztítják a kártevőket." Ugyanakkor megjegyezte: "ez a megközelítés a rovar beporzókat is képes kivonni. Ismernünk kell az összes kitinszerkezetben részt vevő fehérje funkcióját, hogy azonosítsuk a kártevőket megtámadó célpontokat, de a beporzókat nem."

Továbbá, ha tintahalat és kagylót, például rákot és garnélát szednek be, a tollakat és a kitintartalmú héjakat ipari hulladéknak tekintik. Messerli és csapata optimalizálni kívánja a kitin szétválasztásának módjait, így biomedicinális és mezőgazdasági alkalmazásokhoz használhatók, ezáltal hozzáadott értékű termékeket hozva létre a halászati és akvakultúra-ipar számára.