Gigi magnetik menjanjikan bahan dan energi

Hewan moluska dengan gigi yang dapat menggerus batuan dapat memegang kunci untuk membuat bahan yang tahan abrasi generasi berikutnya dan berbagai bahan skala nano untuk energi.

Kiton (Gumboot chiton), merupakan moluska laut dengan berbagai ukuran di kelas Polyplacophora, yang sebelumnya dikenal sebagai Amphineura, mengikis ganggang dari bebatuan laut menggunakan seperangkat gigi khusus yang terbuat dari mineral magnetik, magnetit. Giginya memiliki kekerasan dan kekakuan maksimum dari seluruh biomineral yang telah diketahui. Meskipun magnetit adalah mineral geologis yang biasa ditemukan di dalam kerak bumi, hanya sedikit saja hewan yang diketahui telah memproduksinya, dan sedikit yang diketahui tentang bagaimana cara mereka menciptakannya.

Pemahaman yang lebih baik tentang proses biomineralisasi, dikombinasikan dengan pemahaman menyeluruh tentang arsitektur dan mekanik gigi kiton, dapat membantu para ilmuwan tidak hanya untuk meningkatkan pelapisan dan perkakas yang tahan aus, tetapi juga membantu mengembangkan berbagai bahan skala nano untuk aplikasi berbasis energi dan air.

Sekarang, untuk pertama kalinya, sebuah tim yang dipimpin oleh Michiko Nemoto, seorang asisten profesor pertanian di Universitas Okayama dan David Kisailus, seorang profesor ilmu material dan teknik kimia di Bourns College of Engineering UC Riverside, telah menemukan sepotong teka-teki genetik yang memungkinkan kiton untuk menghasilkan nanomaterial magnetit.

Kiton memiliki beberapa lusin baris gigi yang melekat pada sebuah struktur yang mirip seperti pita. Setiap gigi terdiri dari sebuah puncak gigi yang termineralisasi, atau permukaan runcing, dan sebuah landasan yang menopang puncak gigi termineralisasi tersebut. Magnetit hanya terdapat di daerah puncak gigi. Saat gigi aus, digantikan oleh gigi baru, sehingga gigi akan selalu ada dalam setiap tahap pembentukannya.

Alih-alih mencari gen spesifik, para peneliti memeriksa transkriptomika, himpunan seluruh molekul RNA di dalam gigi, untuk melihat zat apa yang sebenarnya diekspresikan oleh gen. DNA berisi cetak biru, tetapi RNA adalah apa yang “menyalin” cetak biru dan membantu melaksanakannya.

Mereka menemukan bahwa 20 transkrip RNA paling melimpah di wilayah gigi yang sedang tumbuh yang mengandung feritin, sejenis protein yang menyimpan zat besi dan melepaskannya dengan cara yang terkontrol, sementara yang di wilayah gigi termineralisasi termasuk protein mitokondria yang dapat menyediakan energi yang dibutuhkan untuk mengubah bahan baku menjadi magnetit. Pada puncak gigi yang sepenuhnya mineral, para peneliti juga mengidentifikasi 22 protein yang termasuk protein baru yang mereka sebut “protein matriks gigi radular1.” Protein baru ini mungkin berinteraksi dengan zat lain yang ada pada gigi untuk menghasilkan oksida besi.

Temuan ini dapat membantu para ilmuwan memecahkan masalah mendesak untuk peralatan elektronik generasi berikutnya — sumber energi berskala nano untuk menghasilkan energi. Dengan mengetahui bagaimana cara mengontrol pertumbuhan magnetit biologis, di mana medan magnetnya memiliki aplikasi listrik, dapat membantu para ilmuwan menciptakan bahan energi berskala nano.

Penelitian ini telah dipublikasikan secara terbuka di Scientific Reports.