Hvordan man bygger kunstige nanofabrikker til at drive vores fremtid

Når vi køber en ny telefon eller bærbar online, vi antager, at det vil blive leveret til vores dørtrin i løbet af få dage.

Men vi savner mest den komplekse logistik, der får dette til at ske:skibe, fly, tog, og lastbiler, der flytter produkter, med udgangspunkt i råvarer i miner, til fabrikker til montering, til lagre til opbevaring, og op til vores dørtrin.

Forskere ved MSU-DOE Plant Research Laboratory forsøger at bygge kunstige nanofabrikker til bæredygtigt at producere industrielle materialer eller medicinske værktøjer.

Og ligesom med at få nye telefoner, disse kunstige nanofabrikker i fremtiden vil have brug for en hær af "nano" køretøjer til at levere værdifulde kemiske produkter.

Men vi ved ikke nok om logistikken endnu.

Det viser sig, at bakterier i naturen har planen, som vi kan kopiere. De huser nanofabrikker, kaldet bakterielle mikrorum (BMC'er) - der fylder mange formål, afhængig af værten.

I cyanobakterier, for eksempel, BMC'er bygger nyttige forbindelser fra kuldioxid trukket fra atmosfæren. Eller, nogle sygdomsfremkaldende bakterier bruger dem til at udkonkurrere "gode" bakterier.

I en ny undersøgelse, offentliggjort i tidsskriftet Biokemi , Jeff Plegaria og Kerfeld-laboratoriet afslører strukturen og funktionen af ​​et udbredt BMC-protein, der bidrager til logistikken for at skabe produkter, bringer os tættere på at genbruge BMC'er til vores eget brug.

Beskriver Fld1C flavoproteinet

Jeff og hans kolleger bemærkede, at mange naturlige BMC'er - især en type, der nedbryder kulstof for at hjælpe med at lave nyttige energiforbindelser - indeholder gener for flavoproteiner lige ved siden af ​​de primære gener, der er ansvarlige for at konstruere og drive BMC'erne.

Primære gener inkluderer instruktioner til opbygning og styring af BMC'er, transport af materialer frem og tilbage, og så videre.

Og at være tæt på kernegenerne betød, at flavoproteiner spiller en vigtig rolle inden for BMC'er.

Så, hvad gør flavoproteiner?

"De er elektronoverførselsproteiner, der findes i mange bakterier og andre biologiske veje i naturen. Elektronoverførsel, eller flow, er en grundlæggende proces i naturen, " siger Jeff.

"Forståelse af elektronflow i BMC'er er afgørende, fordi det er en del af samlebåndet, der fører til skabelsen af ​​endelige kemiske produkter. Men, vi ved stadig ikke meget om, hvordan flavoproteiner virker i BMC'er."

I undersøgelsen, Jeff zoomede ind på et BMC flavoprotein, som hans gruppe kaldte Fld1C.

De var i stand til at karakterisere det, afsløre dens struktur, beskriver dets fysiske træk, og bekræfter dets evne til at deltage i elektronoverførselsreaktioner.

"Med hjælp fra forskere ved Argonne National Laboratory, vi genererede et middel, der kan sende en elektron videre til en villig acceptor. Vi viste med succes, at vores Fld1C flavoprotein accepterede en elektron fra det middel."

"Forståelse af denne logistik - hvordan elektroner strømmer ind og ud af BMC'er - er afgørende for at bygge og kontrollere syntetiske BMC'er til brugerdefinerede applikationer."

Sådanne applikationer kunne omfatte fremstilling af industrielle materialer som gummi eller petroleum, uden at være afhængig af fossile brændstoffer.

Eller vi kunne bygge medicinske værktøjer, der afvæbner BMC'er i "dårlige" bakterier – som Salmonella – og forhindrer dem i at skabe deres kaos.