Molecular Biomineralization: Aquatic Organisms Forming Extraordinary Materials

مفهوم "زیست کانی سازی" به فرآیندهای کانی سازی اشاره دارد که در ارتباط نزدیک با مولکول ها یا ماتریس های آلی انجام می شود. آگاهی از اینکه تشکیل مواد معدنی را می توان توسط مولکول های آلی هدایت کرد، به طور قابل توجهی به درک شکل گیری اسکلت های معدنی موجودات زنده کمک کرد. تجزیه و تحلیل‌های میکروسکوپی و طیف‌سنجی الکترونی مدرن مشارکت سیستم‌های بیولوژیکی را در چندین فرآیند کانی‌سازی با موفقیت نشان داده‌اند و نمونه‌های برجسته آن شامل تشکیل سیلیس زیستی در دیاتوم‌ها و اسفنج‌ها است. این بینش قبلاً استفاده از فناوری نوترکیب را برای تولید پلیمرهای معدنی ارزشمند مانند سیلیس زیستی ممکن کرده است. این پلیمر می تواند توسط سیلیکاتین در شرایطی تشکیل شود که با روش های شیمیایی قابل تطبیق نباشد. به طور مشابه، تلاش‌هایی که در این کتاب توضیح داده شده است، روشن کرده‌اند که ارگانیسم‌های خاصی، باکتری‌ها در گره‌های چند فلزی اعماق دریا و کوکولیت‌ها در پوسته کوه‌های دریایی، در رسوب مواد معدنی دریایی نقش دارند. در حال حاضر استراتژی هایی برای استفاده از چنین میکروارگانیسم هایی برای بیوسنتز و بیولیچینگ رسوبات دریایی ایجاد شده است. علاوه بر این، مطالعات نشان می‌دهد که پلیمرهای زیستی تشکیل هیدروکسی آپاتیت سلول‌های استخوان‌ساز را افزایش می‌دهند و بیان تنظیم‌کننده‌های مهم تحلیل استخوان را تغییر می‌دهند، که نشان‌دهنده پتانسیل بازسازی استخوان و درمان/پیشگیری از پوکی استخوان است.

The concept of ‘biomineralization’ signifies mineralization processes that take place in close association with organic molecules or matrices. The awareness that mineral formation can be guided by organic molecules notably contributed to the understanding of the formation of the inorganic skeletons of living organisms. Modern electron microscopic and spectroscopic analyses have successfully demonstrated the participation of biological systems in several mineralization processes, and prominent examples include the formation of bio-silica in diatoms and sponges. This insight has already made the application of recombinant technology for the production of valuable inorganic polymers, such as bio-silica, possible. This polymer can be formed by silicatein under conditions that cannot be matched by chemical means. Similarly, the efforts described in this book have elucidated that certain organisms, bacteria in deep-sea polymetallic nodules and coccoliths in seamount crusts, are involved in the deposition of marine minerals. Strategies have already been developed to utilize such microorganisms for the biosynthesis and bioleaching of marine deposits. Moreover, studies reveal that bio-polymers enhance the hydroxyapatite formation of bone-forming cells and alter the expression of important regulators of bone resorption, suggesting a potential for bone regeneration and treatment / prevention of osteoporosis.