Forskare vid University of Georgia har upptäckt ett nytt sätt att järn lagras i mikroorganismer, ett fynd som ger ny inblick i den grundläggande karaktären av hur biologiska system fungerar. Forskningen publicerades nyligen i tidskriften Naturkommunikation .

Järn, en metall som krävs av alla levande organismer, lagras vanligtvis med syre inuti en cell i ett komplex i ett stort protein som kallas ferritin. Forskare har nu upptäckt en ny typ av protein, känd som IssA, som lagrar järn med svavel, istället för syre, i form av en järnsulfurpolymer som kallas tioferrat.

"Denna järn-svavelpolymer har gjorts tidigare i ett provrör men det är första gången tioferrat har identifierats i ett biologiskt system, "sade Michael W. Adams, huvudförfattare och framstående forskningsprofessor vid institutionen för biokemi och molekylärbiologi. "Dessutom, denna enda typ av protein, IssA, självmonteras till extremt stora komplex eller nanopartiklar som kan vara mer än 20 gånger större än ferritin. IssA -nanopartiklarna är så stora att de är synliga inuti hela celler med hjälp av ett mikroskop. "

Forskare upptäckte också att detta nya protein spelar en roll inte bara vid lagring av järn, men också vid sammansättning av proteiner som innehåller järn-svavelkluster.

"Detta arbete ger ny inblick i hur mikroorganismer kan lagra järn och även svavel, och hur enskilda proteiner kan självmonteras till nanopartiklar, "sa Adams." Det ger också ett nytt perspektiv på hur järn-svavelkluster syntetiseras i biologiska system. "

"Proteiner som innehåller järnsvavel är alla närvarande i biologin där klustren används för att katalysera kemiska reaktioner eller för att transportera elektroner, till exempel, under andningen, "tillade han." När jag gjorde denna forskning, vi var intresserade av att belysa funktionen och biosyntesen av järn-svavelkluster. "

I labbet, laget odlade mikroorganismer i stor skala, renat dem och sedan kunnat karakterisera en mängd olika järn-svavelproteiner och enzymer.

"Från våra genetiska analyser av organismen visste vi att IssA var ett viktigt protein i cellen, och under våra biokemiska analyser märkte vi IssA på grund av dess extremt stora storlek. Dess höga överflöd och stora storlek gjorde det ganska enkelt att rena, "sa han." Med det renade proteinet kunde vi applicera olika analytiska, spektroskopiska och mikroskopiska tekniker och det fick oss att dra slutsatsen att IssA var en nanopartikel och innehöll tioferrat, en järn-svavelpolymer som inte tidigare setts i biologin. Med det rena IssA -proteinet kan vi också generera antikroppar, och detta gjorde det möjligt för oss att visualisera IssA i hela celler i mikroorganismen som ett stort komplex i cellen. "

Även om forskning av denna karaktär ger grundläggande kunskap om hur biologiska system fungerar, forskningen kan en dag användas för att konstruera nanopartiklar för medicinska eller andra tillämpningar.

"Nanopartiklar används i många medicinska och elektroniska applikationer, även om de vanligtvis är gjorda av oorganiska komponenter, "sa han." Tekniska protein-nanopartiklar kan vara möjliga om vi kunde förstå egenskaperna hos IssA som gör det möjligt att montera det i nanopartikeliknande strukturer. Det är också möjligt att nanopartiklar byggda på IssA -proteinet men som innehåller andra oorganiska material kan ha tillämpningar. "