Forskere beskriver protein, der tidligere var ukendt i biologien

Forskere fra University of Georgia har opdaget en ny måde, hvorpå jern opbevares i mikroorganismer, et fund, der giver ny indsigt i den grundlæggende karakter af, hvordan biologiske systemer fungerer. Forskningen blev for nylig offentliggjort i tidsskriftet Naturkommunikation .

Jern, et metal, der kræves af alle levende organismer, opbevares normalt med ilt inde i en celle i et kompleks i et stort protein kendt som ferritin. Forskere har nu opdaget en ny type protein, kendt som IssA, der lagrer jern med svovl, i stedet for ilt, i form af en jern-svovlpolymer kendt som thioferrat.

"Denne jern-svovl-polymer er tidligere blevet fremstillet i et reagensglas, men det er første gang, thioferrat er blevet identificeret i et biologisk system, " sagde Michael W. Adams, hovedforfatter og fremtrædende forskningsprofessor i afdelingen for biokemi og molekylærbiologi. "Ud over, denne enkelte type protein, IssA, selvsamler til ekstremt store komplekser eller nanopartikler, der kan være mere end 20 gange størrelsen af ​​ferritin. IssA nanopartiklerne er så store, at de er synlige inde i hele celler ved hjælp af et mikroskop."

Forskere opdagede også, at dette nye protein ikke kun spiller en rolle i lagringen af ​​jern, men også i samlingen af ​​proteiner, der indeholder jern-svovl-klynger.

"Dette arbejde giver ny indsigt i, hvordan mikroorganismer kan lagre jern og også svovl, og hvordan enkelte proteiner selv kan samles til nanopartikler, " sagde Adams. "Det giver også et nyt perspektiv på, hvordan jern-svovlklynger syntetiseres i biologiske systemer."

"Jernsvovlklynge-holdige proteiner er allestedsnærværende i biologien, hvor klyngerne bruges til at katalysere kemiske reaktioner eller til at transportere elektroner, for eksempel, under respiration, " tilføjede han. "Ved at lave denne forskning, vi var interesserede i at belyse funktionen og biosyntesen af ​​jern-svovlklynger."

I laboratoriet, holdet dyrkede mikroorganismer i stor skala, rensede dem og var derefter i stand til at karakterisere en række forskellige jern-svovlproteiner og enzymer.

"Fra vores genetiske analyser af organismen vidste vi, at IssA var et vigtigt protein i cellen, og under vores biokemiske analyser bemærkede vi IssA på grund af dens ekstremt store størrelse. Dens høje overflod og store størrelse gjorde det ret nemt at rense, " sagde han. "Med det rensede protein kunne vi anvende forskellige analytiske, spektroskopiske og mikroskopiske teknikker, og det fik os til at konkludere, at IssA var en nanopartikel og indeholdt thioferrat, en jern-svovl-polymer, der ikke tidligere er set i biologien. Med det rene IssA-protein kunne vi også generere antistoffer, og dette gjorde det muligt for os at visualisere IssA i hele celler i mikroorganismen som et stort kompleks i cellen."

Mens forskning af denne art giver grundlæggende viden om, hvordan biologiske systemer fungerer, forskningen kunne en dag bruges til at konstruere nanopartikler til medicinske eller andre anvendelser.

"Nanopartikler bruges i mange medicinske og elektroniske applikationer, selvom de typisk er lavet af uorganiske komponenter, " sagde han. "Enginering af proteinnanopartikler kunne være muligt, hvis vi kunne forstå egenskaberne ved IssA, der gør det muligt for det at samles til nanopartikellignende strukturer. Det er også muligt, at nanopartikler bygget på IssA-proteinet, men som indeholder andre uorganiske materialer, kan have applikationer."