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科学家们分析鱿鱼笔中的蛋白质

作家知道笔的力量,但科学家们正在发现它的秘密。南达科他州立大学生物学和微生物学系助理教授Mark Messerli感兴趣的笔是鱿鱼身体躯干的灵活骨骼结构。笔嵌在背幔下面,肌肉负责鱿鱼的喷射推进,并支持动物的肌肉组织和器官。

鱿鱼的笔是像我们的骨头一样的内部结构,除了它只是由几丁质和蛋白质制成。当干燥时,它类似于昆虫翅膀,除了它大约100倍。它柔韧,具有很强的抗拉强度。“

Mark Messerli,南达科他州立大学生物学和微生物学系助理教授

Messerli的团队正在对鱿鱼笔进行逆向工程,以帮助科学家构建组织支架,以修复或更换受损的软骨,骨骼和韧带。这些知识还可能导致新型杀虫剂针对传播疾病和破坏作物的昆虫。

虽然科学家们使用长鳍,近岸鱿鱼作为大脑和感官生物学研究的模型生物,但梅塞利和他在自然科学学院的团队是第一个研究鱿鱼笔的设计和蛋白质组成的团队。“通过解构笔,我们正在确定大自然如何用几丁质构建,”他说。

该研究结果发表在8月份的“生物学通报”上,该期刊以海洋生物学研究为特色。该期刊的封面上有一张研究中使用的鱿鱼小鱼的照片。

Messerli与海洋生物实验室的副科学家Michael Shribak和资深科学家Joshua Rosenthal以及哈佛大学的研究员Joel Sohn合作完成了这个项目。两名SDSU研究生和几名本科生也参与了这个项目。

该研究得到了Eugene和Millicent Bell奖学金组织工程基金的支持;国立卫生研究院和国家科学基金会;农业,食品和环境科学学院的本科研究奖;和一个私人捐助者。

用甲壳素建造

梅塞利解释说,甲壳素是一种天然有机聚合物,仅次于纤维素。然而,与纤维素不同,人体可以分解几丁质,甲壳质也是抗菌物质。从被称为硅藻的藻类以及虾和蟹壳中提取的甲壳素已经被用于制造可生物降解的绷带和塑料。

“鱿鱼笔更易于解构,因为它不像牡蛎壳那样矿化或像昆虫壳一样被硬化,”梅塞利说。此外,科学家正在对鱿鱼基因组进行测序,因此他们正在开发工具来帮助研究这种特定的生物体。“这是鱿鱼成为好模特的另一个原因,”他指出。大自然使用甲壳素构建虾和昆虫的薄保护壳,并将几丁质与矿物质结合在一起,形成蛤蜊,螃蟹,牡蛎和其他软体动物的贝壳。

分析鱿鱼笔中的蛋白质

鱿鱼的笔是分层组装的,很像3D打印用于构建现代设备,Messerli解释说,比较解开蛋白质的过程,以及将胶合板中的纤维素纤维和胶水分开。“我们在笔中发现了许多我们认为用于组装它的蛋白质,我们正在描述那些与其他几丁质结构中的蛋白质相似的蛋白质。”

然而,他指出,“笔中的一些蛋白质是未知的;到目前为止,在任何其他特征生物中都没有它们,所以我们还没有发现它们的功能。”下一步将是获得蛋白质的全长序列。“最终,我们想知道这些蛋白质的化学成分是否可以帮助我们使用几丁质构建更先进的结构,并确定如何削弱害虫的防御能力。”

Messerli解释说,昆虫不仅可以用蛋白质和几丁质构建外骨骼,而且它们的肠道内衬有一层薄薄的几丁质。“一些杀虫剂会破坏几丁质层,因此肠道中的天然细菌和病毒会杀死害虫。”然而,他指出,“这种方法也可以取出昆虫传粉者。我们需要知道这些几丁质结构中涉及的所有蛋白质的功能,这样我们才能识别出攻击害虫而不是传粉媒介的目标。”

此外,当收获诸如螃蟹和虾等鱿鱼和贝类时,含有围栏和壳的壳的贝壳被认为是工业废物。Messerli及其团队希望优化分离甲壳素的方法,以便将其用于生物医学和农业应用,从而为渔业和水产养殖业创造增值产品。

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