Hvordan bakterier producerer manganoxid-nanopartikler

Bakterier, der producerer mangan (Mn) oxider, er ekstraordinært dygtige ingeniører af nanomaterialer, der bidrager væsentligt til globale biogeokemiske kredsløb. Imidlertid, mineralisering medieret af disse organismer er dårligt forstået, fordi enzymer involveret i disse processer stort set er ukarakteriserede. En nylig undersøgelse afslørede for første gang strukturen af ​​Mnx - et bakterielt enzymkompleks, der er ansvarlig for Mn-biomineralisering - og de Mn-oxid-nanopartikler, det producerer.

En forbedret forståelse af biomineraliseringsenzymer kan give forskere mulighed for at konstruere proteiner til applikationer såsom miljøsanering og bioenergiproduktion. De nye analytiske værktøjer, der blev brugt i denne undersøgelse, kunne også anvendes til at løse strukturen af ​​andre enzymer, der spiller en afgørende rolle i globale biogeokemiske cyklusser, især enzymer, der er vanskelige at behandle med mere konventionel kernemagnetisk resonans, krystallografi, eller elektronmikroskopi.

Mn er et meget vigtigt overgangsmetal for alt liv. Mn cykler mellem dets reducerede primært opløselige form (Mn(II)) og dets oxiderede uopløselige former (Mn(III, IV) oxider) er koblet på utallige måder til mange elementære cyklusser. Forskning har vist, at Mn(II) oxideres til Mn(III, IV) mineraler primært gennem aktiviteter af bakterier og svampe. Endnu, biomineraliseringsenzymer produceret af disse organismer er meget udfordrende at studere, fordi det er svært at isolere og rense dem. For at løse denne udfordring, forskere fra Oregon Health &Science University, Ohio State University, og EMSL, det miljømolekylære laboratorium, brugt state-of-the-art massespektrometri, ion mobilitet, og elektronmikroskopi for at løse den tidligere ukarakteriserede struktur af Mnx og de Mn-oxid-nanopartikler, den producerer.

Forskerne brugte højopløsningsmassespektrometri og atomopløsning aberrationskorrigeret scanningstransmissionselektronmikroskopi ved EMSL, en DOE Office of Science brugerfacilitet. Disse data giver kritisk strukturel information til at forstå Mn biomineralisering, som potentielt er velegnet til miljøsaneringsanvendelser. I øvrigt, den nye indsigt i strukturen af ​​Mnx kan være grundlaget for igangværende forskning i mekanismerne for fotosyntese og katalytisk iltproduktion.