Bakterier som producerar manganoxider (Mn) är utomordentligt skickliga ingenjörer av nanomaterial som bidrar väsentligt till globala biogeokemiska cykler. Dock, mineralisering som förmedlas av dessa organismer är dåligt förstådd eftersom enzymer involverade i dessa processer i stort sett är okarakteriserade. En nyligen genomförd studie avslöjade för första gången strukturen hos Mnx - ett bakteriellt enzymkomplex som ansvarar för Mn-biomineralisering - och Mn-oxidnanopartiklarna som det producerar.

En förbättrad förståelse för biomineraliseringsenzymer kan göra det möjligt för forskare att konstruera proteiner för tillämpningar som miljösanering och bioenergiproduktion. De nya analytiska verktygen som används i denna studie kan också användas för att lösa strukturen hos andra enzymer som spelar en avgörande roll i globala biogeokemiska cykler, speciellt enzymer som är svårbehandlade av mer konventionell kärnmagnetisk resonans, kristallografi, eller elektronmikroskopi.

Mn är en mycket viktig övergångsmetall för allt liv. Mn cirkulerar mellan dess reducerade primärt lösliga form (Mn(II)) och dess oxiderade olösliga former (Mn(III, IV) oxider) är kopplat på otaliga sätt till många elementarcykler. Forskning har visat att Mn(II) oxideras till Mn(III, IV) mineraler främst genom aktiviteter av bakterier och svampar. Än, de biomineraliseringsenzymer som produceras av dessa organismer är mycket utmanande att studera eftersom det är svårt att isolera och rena dem. För att möta denna utmaning, forskare från Oregon Health &Science University, Ohio State University, och EMSL, the Environmental Molecular Sciences Laboratory, använde den senaste masspektrometrin, jonmobilitet, och elektronmikroskopi för att lösa den tidigare okarakteriserade strukturen av Mnx och Mn-oxidnanopartiklarna som den producerar.

Forskarna använde högupplösta masspektrometri och atomupplösning aberrationskorrigerad sveptransmissionselektronmikroskopi vid EMSL, en DOE Office of Science-användaranläggning. Dessa data ger viktig strukturell information för att förstå Mn-biomineralisering, som potentiellt är väl lämpad för miljösaneringsapplikationer. Dessutom, de nya insikterna om strukturen hos Mnx kan ge information om pågående forskning om mekanismerna för fotosyntes och katalytisk syreproduktion.