Havbakterie kaster lys over bekæmpelse af giftige metaller

En havboende bakterie har givet frisk indsigt i, hvordan celler beskytter sig selv mod de giftige virkninger af metalioner som jern og kobber, i forskning ledet af University of East Anglia (UEA).

Selvom det er vigtigt for livet, metalioner kan også generere reaktive oxygenarter (ROS) - meget reaktive molekyler, der beskadiger celler, når de forsøger at danne bindinger med andre molekyler.

Hos mennesker, reaktive iltarter er forbundet med aldring og også til sygdomme som kræft.

For at reducere de giftige virkninger af jern, en familie af proteiner kaldet ferritiner afgifter og opbevarer metalionerne i deres fodboldformede proteinskal, generere en sikker, men tilgængelig aflejring, som kan trækkes på af cellen, når jern i miljøet bliver knap.

Arbejder med forskere ved University of Essex og Scripps Institute i Californien, UEA-holdet har opdaget, hvordan et ferritin i en bestemt marin bakterie lykkes med at udføre denne afgiftningsproces.

Usædvanligt, bakterien producerer ferritin som reaktion på høje niveauer af kobber, ikke jern.

Holdet opdagede, at der ikke var nogen direkte interaktion mellem ferritinet og kobberet, men i stedet katalyserede ferritinen en ny form for reaktion mellem ilt og jern. Dette genererede en form for ferritin, der har en forbedret evne til at afgifte ROS direkte, mens den også udfører sine jernopbevarings- og afgiftningsroller.

Prof Nick Le Brun, fra UEA's School of Chemistry, sagde:"Vi tror, ​​at jernet involveret i denne nye vej er blevet fortrængt fra andre jernholdige proteiner af kobberet, og bakterien håndterer toksiciteten af ​​det fortrængte jern ved at producere ferritinen. Dette af særlig interesse, fordi det involverede ferritin minder mere om dem i dyr end i andre bakterier."

Denne type proces er ikke tidligere blevet opdaget af forskere og bekræfter, at der er mange forskellige ferritinmekanismer på tværs af forskellige organismer.

Dr. Dima Svistunenko, fra University of Essex, sagde:"Kemien mellem jern og O2, der genererer skadelig ROS, er blevet undersøgt i mange systemer, og det inkluderer en række ferritiner fra en række organismer. Men, her, vi så reaktivitet, der er helt ny, peger på en hidtil uset afgiftningsproces, der involverer langtrækkende elektronoverførsel på tværs af proteinmolekylet."

En søgning i genomiske databaser udført af holdet afslørede også, at mange andre lignende marine bakterier kan producere lignende ferritiner under stressforhold.

Holdet planlægger nu at udvide deres forskning for at undersøge, hvor udbredt den nye mekanisme er.

"Ingen af ​​de tidligere undersøgte ferritiner, eller faktisk jernenzymer generelt, reagere på den måde, som dette nyopdagede ferritin gør, " sagde prof Le Brun.

"Denne nye kemi repræsenterer ikke kun et gennembrud for vores forståelse af naturlige antioxidantprocesser, det afslører også nye muligheder for fremtidige konstruerede biokatalysatorer, der kunne, for eksempel, finde anvendelse i lægemiddeludvikling."

'Reaktion af O2 med et di-jernprotein genererer et blandet valent Fe2+/Fe3+ center og peroxid' er udgivet i PNAS den 14. januar, 2019.