Nanoteknologi afslører skjulte dybder i bakterielle maskiner

Ny forskning fra University of Liverpool, offentliggjort i tidsskriftet Nanoskala , har undersøgt proteinmaskiners struktur og materialegenskaber i bakterier, som har kapacitet til at omdanne kuldioxid til sukker gennem fotosyntese.

Cyanobakterier er en fylde af bakterier, der producerer ilt og energi under fotosyntesen, ligner grønne planter. De er blandt de mest udbredte organismer i oceaner og ferskvand. Unikke interne 'maskiner' i cyanobakterier, kaldet carboxysomer, tillade organismerne at omdanne kuldioxid til sukker og give påvirkninger på den globale biomasseproduktion og vores miljø.

Carboxysomer er nanoskala polyedriske strukturer, der er lavet af flere typer proteiner og enzymer. Indtil nu, der vides lidt om, hvordan disse 'maskiner' er konstrueret og vedligeholder deres organisation til at udføre kulstoffikseringsaktivitet.

Forskere fra Universitetets Institut for Integrativ Biologi, ledet af Royal Society University Research Fellow Dr. Luning Liu, undersøgt i dybden den native struktur og mekaniske stivhed af carboxysomer ved hjælp af avancerede mikroskoper og biokemiske tilgange.

For første gang, forskerne var i stand til biokemisk at rense aktive carboxysomer fra cyanobakterier og karakterisere deres kulstoffikseringsaktivitet og proteinsammensætning. De brugte derefter elektronmikroskopi og atomkraftmikroskopi til at visualisere morfologi og intern proteinorganisation af disse bakterielle maskiner.

Desuden, de iboende mekaniske egenskaber af de tredimensionelle strukturer blev bestemt for første gang. Selvom de strukturelt ligner polyedriske vira, carboxysomer viste sig at være meget blødere og strukturelt fleksible, hvilket er korreleret til deres dannelsesdynamik og regulering i bakterier.

Dr Liu, sagde:"Det er spændende, at vi kan tage den første 'kontakt' med disse nanostrukturer og forstå, hvordan de er selvorganiserede og formet ved hjælp af state-of-the-art teknikker, der er tilgængelige på universitetet. Vores resultater giver nye spor om forholdet mellem strukturen og funktionaliteten af ​​native carboxysomer."

Carboxysomernes selvsamling og modularitet gør dem til interessante systemer for nanovidenskabsmænd, syntetiske biologer og bioingeniører, der håber at finde måder at designe nye nanomaterialer og nano-bioreaktorer på.

"Vi er nu lige begyndt at forstå, hvordan disse bakterielle maskiner er bygget og fungerer i naturen. Vores langsigtede vision er at udnytte viden til at tage yderligere skridt i retning af bedre design og konstruktion af bioinspirerede maskiner, " tilføjede Dr Liu, "Viden og teknikker kan udvides til at omfatte andre biologiske maskiner."