Hvordan bakterier skaber en sparegris til de magre tider

Bakterier kan lagre ekstra ressourcer til de magre tider. Det er lidt ligesom at holde en sparegris eller bære en backup-batteripakke. En vigtig reserve er kendt som cyanophycin granulat, som først blev bemærket af en italiensk videnskabsmand for omkring 150 år siden. Han så stort, mørke pletter i cellerne hos de blågrønne alger (cyanobakterier), han studerede uden at forstå hverken, hvad de var eller deres formål. Siden da, forskere har indset, at cyanophycin var lavet af en naturlig grøn biopolymer, at bakterier bruger det som et lager af nitrogen og energi, og at det kunne have mange bioteknologiske anvendelser. De har forsøgt at producere store mængder cyanophycin ved at putte det enzym, der gør det (kendt som cyanophycinsyntetase) i alt fra E. coli til tobak, men uden at kunne gøre nok ud af det til at være meget nyttigt.

Nu, ved at kombinere to banebrydende teknikker, kryo-elektronmikroskopi (ved McGill's Facility for Electron Microscopy Research) og røntgenkrystallografi, McGill-forskere har, for første gang, været i stand til at se det aktive enzym i aktion.

"Indtil nu har forskere ikke været i stand til at forstå, hvordan bakterieceller lagrer nitrogen i cyanophycin, simpelthen fordi de ikke kunne se enzymet i aktion, siger Martin Schmeing, en professor i McGill's Department of Biochemistry og seniorforfatter på et nyligt papir om emnet i Naturens kemiske biologi . "Ved at sammensætte 3D-billeder af enzymet i arbejde til en film, vi var i stand til at se, hvordan tre forskellige strukturelle enheder (eller domæner), kom sammen for at skabe cyanophycinsyntetase. Det er et overraskende og meget elegant eksempel på en naturlig biomaskine."

De næste trin i forskningen involverer at se på de andre enzymer, der bruges i den komplette biosyntese og nedbrydningscyklus af cyanophycin. Når forskerne er i stand til at se dem i aktion, dette ville potentielt give dem en fuldstændig strukturel forståelse af de involverede processer og ville give dem mulighed for at finde ud af, hvordan de kan turbolade celler for at fremstille enorme mængder cyanophycin og relaterede polymerer til deres grønne polymer bioteknologiske applikationer, såsom i bionedbrydelige vandblødgørere og antiskalanser eller ved oprettelse af varmefølsomme nanovesikler til brug ved målrettet lægemiddellevering.