Писателите знаят силата на писалката, но учените тепърва откриват нейните тайни.

хитин

Писалката, която представлява интерес за асистент Марк Месерли от Катедрата по биология и микробиология на държавния университет в Южна Дакота, представлява гъвкава скелетна структура в багажника на тялото на калмари. Писалката е вградена под гръбната мантия, мускулът, отговорен за задвижването на струята на калмарите, и поддържа мускулните тъкани и органи на животното.

Писалката на калмарите е вътрешна структура като нашите кости, освен че е направена само от хитин и протеин. При сушене прилича на крило на насекомо, с изключение на това, че е около 100 пъти по-голямо. Той е податлив и има голяма якост на опън. "

Марк Месерли, асистент, Катедра по биология и микробиология, Държавен университет в Южна Дакота

Екипът на Месерли извършва обратен инженеринг на писалката на калмари, за да помогне на учените да конструират тъканни скелета за ремонт или замяна на повредени хрущяли, кости и връзки. Знанията могат да доведат и до нови пестициди, насочени към насекоми, които разпространяват болести и унищожават култури.

Въпреки че учените са използвали дългите крайбрежни калмари като модел на организма за изследване на мозъка и сензорната биология, Месерли и неговият екип в Колежа по естествени науки са първите, които изучават дизайна и състава на протеините на писалката на калмарите. „Деконструирайки писалката, ние идентифицираме как природата изгражда с хитин“, каза той.

Резултатите от проучването са публикувани в августовския брой на „Биологичен бюлетин“, който включва изследвания на морската биология. Снимка на люпене на калмари, използвана в изследването, е представена на корицата на списанието.

Месерли си сътрудничи по проекта с асоцииран учен Майкъл Шрибак и старши учен Джошуа Розентал от Морската биологична лаборатория и Джоел Сон, сега изследовател в Харвардския университет. Двама завършили SDSU и няколко студенти също са работили по проекта.

Изследването е подкрепено от Фонда за стипендии на Eugene and Millicent Bell в Tissue Engineering; Национални здравни институти и Национална научна фондация; награда за бакалавърски изследвания от Колежа по земеделие, храните и науките за околната среда; и частен донор.

Сграда с хитин

Хитинът е естествен органичен полимер, втори по изобилие само след целулозата, обясни Месерли. Въпреки това, за разлика от целулозата, човешкото тяло може да разгражда хитина, който също е антимикробно вещество. Хитинът, извлечен от водорасли, наречени диатоми, както и черупки от скариди и раци, вече се използва за направата на биоразградими превръзки и пластмаси.

Свързани истории

Природата използва хитин за изграждане на тънките, защитни черупки на скариди и насекоми и комбинира хитин с минерали, за да изгради черупките на миди, раци, стриди и други мекотели.

"Писалката за калмари е по-податлива на деконструкция, тъй като не е минерализирана като черупки от стриди или склеротизирана като черупки от насекоми", каза Месерли. Освен това учените правят последователност на генома на калмарите, така че разработват инструменти, които да помогнат за изучаването на този конкретен организъм. "Това е друга причина, поради която калмарите са добър модел", посочи той.

Анализиране на протеини в писалка за калмари

Писалката на калмарите е сглобена на слоеве, подобно на 3D принтирането, използвано за изграждане на съвременни устройства, обясни Месерли, сравнявайки процеса на разплитане на протеините с дразненето на целулозните влакна и лепилото в шперплат. "Идентифицирахме многобройни протеини в писалката, които според нас се използват за нейното сглобяване и характеризираме онези протеини, които са подобни на протеини в други хитинови структури."

Въпреки това, той отбеляза, "Някои от протеините в писалката са неизвестни; досега няма нищо подобно на тях при други характеризирани организми, така че все още не сме идентифицирали тяхната функция." Следващата стъпка ще бъде да се получат последователности на протеини в пълна дължина. "В крайна сметка искаме да знаем дали химията на тези протеини може да ни помогне да изградим по-усъвършенствани структури с помощта на хитин и да определим как да отслабим защитата на насекомите вредители."

Насекомите не само изграждат своите екзоскелети от протеини и хитин, но червата им също са облицовани с тънък слой хитин, обясни Месерли. "Някои инсектициди нарушават този хитинов слой, така че местните бактерии и вируси в червата им убиват вредителите." Въпреки това, той отбеляза, "този подход може да премахне и опрашителите на насекоми. Трябва да знаем функцията на всички протеини, участващи в тези хитинови структури, за да можем да идентифицираме цели, които атакуват вредителите, но не и опрашителите."

Освен това, когато се събират калмари и миди, като раци и скариди, кошарите и черупките, съдържащи хитин, се считат за промишлени отпадъци. Месерли и неговият екип искат да оптимизират начините за разделяне на хитина, за да може той да се използва за биомедицински и селскостопански приложения, като по този начин създава продукти с добавена стойност за риболовната и аквакултурната индустрия.