Новое исследование Ливерпульского университета, опубликованное в журнале Nanoscale, исследовало структуру и материальные свойства белковых машин в бактериях, которые способны преобразовывать углекислый газ в сахар посредством фотосинтеза.
Цианобактерии - это тип бактерий, которые производят кислород и энергию в процессе фотосинтеза, подобно зеленым растениям. Они являются одними из самых распространенных организмов в океанах и пресной воде. Уникальные внутренние «машины» цианобактерий, называемые карбоксисомами, позволяют организмам преобразовывать углекислый газ в сахар и оказывают влияние на глобальное производство биомассы и нашу окружающую среду.
Карбоксисомы представляют собой наноразмерные полиэдрические структуры, состоящие из нескольких типов белков и ферментов. До сих пор мало что известно о том, как устроены эти «машины» и как они поддерживают свою организацию для осуществления деятельности по фиксации углерода.
Исследователи из Университетского института интегративной биологии под руководством научного сотрудника Университета Королевского общества доктора Лунина Лю подробно изучили нативную структуру и механическую жесткость карбоксисом, используя передовые микроскопы и биохимические подходы.
Впервые исследователи смогли биохимически очистить активные карбоксисомы цианобактерий и охарактеризовать их активность фиксации углерода и белковый состав. Затем они использовали электронную микроскопию и атомно-силовую микроскопию, чтобы визуализировать морфологию и внутреннюю белковую организацию этих бактериальных машин.
Кроме того, внутренние механические свойства трехмерных структур были определены впервые. Хотя структурно они напоминают полиэдрические вирусы, карбоксисомы оказались гораздо более мягкими и структурно гибкими, что коррелирует с динамикой их формирования и регуляцией у бактерий.
Д-р Лю сказал: «Это здорово, что мы можем установить первый «контакт» с этими наноструктурами и понять, как они самоорганизуются и формируются, используя самые современные методы, доступные в университете. Наши результаты дают новые сведения о взаимосвязи между структурой и функциональностью нативных карбоксисом».
Свойства самосборки и модульности карбоксисом делают их интересными системами для наноученых, синтетических биологов и биоинженеров, которые надеются найти способы разработки новых наноматериалов и нанобиореакторов.
"Сейчас мы только начинаем понимать, как эти бактериальные машины устроены и работают в природе. Наше долгосрочное видение состоит в том, чтобы использовать эти знания, чтобы сделать дальнейшие шаги к лучшему дизайну и проектированию биомеханических машин, ", - добавил доктор Лю, - "Знания и методы могут быть распространены на другие биологические машины."