Ny forskning från University of Liverpool, publiceras i tidskriften Nanoskala , har undersökt strukturen och materialegenskaperna hos proteinmaskiner i bakterier, som har kapacitet att omvandla koldioxid till socker genom fotosyntes.

Cyanobakterier är en filum av bakterier som producerar syre och energi under fotosyntes, liknar gröna växter. De är bland de mest förekommande organismerna i hav och sötvatten. Unika interna "maskiner" i cyanobakterier, kallas karboxysomer, tillåta organismerna att omvandla koldioxid till socker och ge effekter på global biomassaproduktion och vår miljö.

Karboxysomer är nanoskala polyedriska strukturer som är gjorda av flera typer av proteiner och enzymer. Än så länge, lite är känt om hur dessa "maskiner" är konstruerade och underhåller sin organisation för att utföra kolfixeringsaktivitet.

Forskare från universitetets institut för integrativ biologi, ledd av Royal Society University Research Fellow Dr Luning Liu, undersökt på djupet den naturliga strukturen och mekaniska styvheten hos karboxysomer med hjälp av avancerade mikroskop och biokemiska metoder.

För första gången, forskarna kunde biokemiskt rena aktiva karboxysomer från cyanobakterier och karakterisera deras kolfixeringsaktivitet och proteinsammansättning. De använde sedan elektronmikroskopi och atomkraftsmikroskopi för att visualisera morfologin och inre proteinorganisationen hos dessa bakteriemaskiner.

Vidare, de inneboende mekaniska egenskaperna hos de tredimensionella strukturerna bestämdes för första gången. Även om de strukturellt liknar polyedriska virus, karboxysomer visade sig vara mycket mjukare och strukturellt flexibla, vilket är korrelerat till deras bildningsdynamik och reglering i bakterier.

Dr Liu, sa:"Det är spännande att vi kan ta den första "kontakten" med dessa nanostrukturer och förstå hur de är självorganiserade och formade med hjälp av toppmoderna tekniker som finns tillgängliga vid universitetet. Våra resultat ger nya ledtrådar om förhållandet mellan strukturen och funktionaliteten hos inhemska karboxysomer."

Karboxysomernas självmontering och modularitet gör dem till intressanta system för nanoforskare, syntetiska biologer och bioingenjörer, som hoppas kunna hitta sätt att designa nya nanomaterial och nano-bioreaktorer.

"Vi har nu precis börjat förstå hur dessa bakteriemaskiner är byggda och fungerar i naturen. Vår långsiktiga vision är att utnyttja kunskapen för att ta ytterligare steg mot bättre design och ingenjörskonst av bioinspirerade maskiner, " tillade Dr Liu, "Kunskapen och teknikerna kan utökas till andra biologiska maskiner."