Forskere simulerer det intracellulære miljø i en selvlysende bakteriecelle

Et hold fra Institute of Fundamental Biology and Biotechnology of SFU brugte glycerol og saccharose til at simulere det intracellulære miljø af selvlysende bakterier og udførte en række enzymatiske reaktioner. De håber at udvikle fragmenter af metaboliske kæder med forskellige længder og studere fermentative reaktioner under forhold tæt på intracellulære. Forskningen blev offentliggjort i Molekylær katalyse tidsskrift.

Hundredvis af reaktioner, der involverer enzymer, forekommer konstant i celler. For at studere dem mere detaljeret, forskere forsøger at skabe omfattende eksperimentelle modeller af det intracellulære miljø. Et interessant træk ved sådanne kunstige miljømodeller er muligheden for at justere deres parametre for at forstå, hvordan en bestemt enzymatisk reaktion ville reagere og forskellene mellem enzymreaktioner i en celle og dem under rørbetingelser.

For at forstå, hvordan viskositeten af ​​reaktionsblandingen påvirker hastigheden af ​​enzymatiske processer, et hold fra Institute of Fundamental Biology and Biotechnology of SFU simulerede det intracellulære miljø ved hjælp af to organiske opløsningsmidler - glycerol og saccharose. For at teste effekten af ​​reaktionsblandingens viskositet, forskerne brugte et fragment af en bioluminescerende metabolisk kæde.

Arbejdet bestod af tre faser. På den første etape, biofysikerne udviklede flere kunstige modelsystemer lavet af glycerol og saccharose med forskellige koncentrationer af komponenter, men de samme viskositetsniveauer for reaktionsmediet. På anden etape, de bestemte, hvordan viskositeten af ​​reaktionsblandingen påvirkede hastigheden af ​​en enzymatisk reaktion i det koblede system af tre enzymer:LDH, NAD (P) H:FMN-oxidoreduktase, og luciferase. På tredje etape, forskerne evaluerede den termiske stabilitet af triple-enzymsystemet ved temperaturintervallet fra 15 til 80 grader.

Som et resultat af undersøgelsen, forskerne konkluderede, at saccharose begrænsede enzymernes mobilitet mere effektivt end glycerol. Mobilitetsbegrænsning kan føre til ændringer i reaktionshastigheden eller endda mekanisme. Forskerne anbefaler yderligere undersøgelse af den stigende termiske stabilitet af enzymer i viskøse reaktionsblandingsmiljøer og stigende temperatur. De foreslår også en tilgang til at konstruere de cellulære multi-enzym metaboliske kæder inde i den lysende bakteriecelle.

"På grund af det enorme antal enzymreaktioner inde i en rigtig celle, for at metabolismeprocessen kan fortsætte hurtigt og kontinuerligt i den, enzymer bør have høj kooperativitet. Derfor, jo mere ændring i den termiske stabilitet af enzymer i nærvær af viskogener, jo bedre samarbejde mellem undersøgte enzymsystemer inde i de virkelige celleforhold, og jo større er muligheden for, at et kunstigt fragment af en metabolisk kæde ville være naturligt for en bakteriecelle. Det er ekstremt vigtigt at studere indflydelsen af ​​tyktflydende organiske opløsningsmidler på hastigheden og den termiske stabilitet af enzymatiske reaktioner. Det unikke ved vores undersøgelse er, at vi bruger naturlige forbindelser - glycerol og saccharose, som faktisk findes i den rigtige celle, i modsætning til crowding-midler, der bruges i lignende undersøgelser af andre forskere, " siger Oleg Sutormin, en medforfatter til undersøgelsen, og juniorforsker ved Laboratory of Bioluminescent Biotechnologies of SFU.