En havsbakterie har gett ny inblick i hur celler skyddar sig mot de toxiska effekterna av metalljoner som järn och koppar, inom forskning som leds av University of East Anglia (UEA).

Även om det är viktigt för livet, metalljoner kan också generera reaktiva syrearter (ROS) - mycket reaktiva molekyler som skadar celler när de försöker bilda bindningar med andra molekyler.

I människor, reaktiva syrearter är kopplade till åldrande och även till sjukdomar som cancer.

För att minska de toxiska effekterna av järn, en proteinfamilj som kallas ferritiner avgiftar och lagrar metalljonerna i deras fotbollsformade proteinskal, generera en säker men tillgänglig insättning som kan dras av cellen när järn i miljön blir knappt.

Arbetar med forskare vid University of Essex och Scripps Institute i Kalifornien, UEA -teamet har upptäckt hur ett ferritin i en viss marinbakterie lyckas genomföra denna avgiftningsprocess.

Ovanligt, bakterien producerar ferritinet som svar på höga kopparhalter, inte järn.

Teamet upptäckte att det inte fanns någon direkt interaktion mellan ferritin och koppar, men istället katalyserade ferritinet en ny typ av reaktion mellan syre och järn. Detta genererade en form av ferritin som har en förbättrad förmåga att avgifta ROS direkt, samtidigt som den utför sina järnlagrings- och avgiftningsroller.

Prof Nick Le Brun, från UEA:s kemiska högskola, sade:"Vi tror att järnet som är involverat i denna nya väg har förskjutits från andra järninnehållande proteiner av koppar, och bakterien hanterar det förskjutna järnets toxicitet genom att producera ferritinet. Detta är särskilt intressant eftersom ferritinet som berörs mer liknar det hos djur än i andra bakterier. "

Denna typ av process har inte tidigare upptäckts av forskare och bekräftar att det finns många olika ferritinmekanismer som fungerar på olika organismer.

Dr Dima Svistunenko, från University of Essex, sade:"Kemin mellan järn och O2, som genererar skadlig ROS, har studerats i många system, och det inkluderar ett antal ferritiner från en rad organismer. Men, här, vi såg reaktivitet som är helt ny, pekar på en avgiftningsprocess utan motstycke som involverar elektronöverföring över långa avstånd över proteinmolekylen. "

En sökning i genomiska databaser utförda av teamet avslöjade också att många andra liknande marina bakterier kan producera liknande ferritiner under stressförhållanden.

Teamet planerar nu att utöka sin forskning för att undersöka hur utbredd den nya mekanismen är.

"Ingen av de tidigare studerade ferritinerna, eller faktiskt järnenzymer i allmänhet, reagera på det sätt som detta nyupptäckta ferritin gör, "sade prof Le Brun.

"Denna nya kemi representerar inte bara ett genombrott för vår förståelse av naturliga antioxidantprocesser, det avslöjar också nya möjligheter för framtida konstruerade biokatalysatorer som kan, till exempel, hitta användning vid läkemedelsutveckling. "

'Reaktion av O2 med ett di-järnprotein genererar ett blandat valent Fe2+/Fe3+ centrum och peroxid' publiceras i PNAS den 14 januari 2019.