Onderzoekers van de Universiteit van Georgia hebben een nieuwe manier ontdekt waarop ijzer wordt opgeslagen in micro-organismen, een bevinding die nieuwe inzichten verschaft in de fundamentele aard van hoe biologische systemen werken. Het onderzoek is onlangs gepubliceerd in het tijdschrift Natuurcommunicatie .

Ijzer, een metaal dat nodig is voor alle levende organismen, wordt meestal met zuurstof in een cel opgeslagen in een complex in een groot eiwit dat bekend staat als ferritine. Onderzoekers hebben nu een nieuw type eiwit ontdekt, bekend als IssA, dat ijzer opslaat met zwavel, in plaats van zuurstof, in de vorm van een ijzerzwavelpolymeer dat bekend staat als thioferraat.

"Dit ijzer-zwavelpolymeer is eerder gemaakt in een reageerbuis, maar dit is de eerste keer dat thioferraat is geïdentificeerd in een biologisch systeem, " zei Michael W. Adams, hoofdauteur en Distinguished Research Professor in de afdeling biochemie en moleculaire biologie. "In aanvulling, dit ene type eiwit, IssA, assembleert zichzelf tot extreem grote complexen of nanodeeltjes die meer dan 20 keer zo groot kunnen zijn als ferritine. De IssA-nanodeeltjes zijn zo groot dat ze met een microscoop in hele cellen zichtbaar zijn."

Onderzoekers ontdekten ook dat dit nieuwe eiwit niet alleen een rol speelt bij de opslag van ijzer, maar ook bij de assemblage van eiwitten die clusters van ijzer-zwavel bevatten.

"Dit werk biedt nieuwe inzichten in hoe micro-organismen ijzer en ook zwavel kunnen opslaan, en hoe afzonderlijke eiwitten zichzelf kunnen assembleren tot nanodeeltjes, " zei Adams. "Het geeft ook een nieuw perspectief op hoe ijzer-zwavelclusters worden gesynthetiseerd in biologische systemen."

"Ijzerzwavelclusterbevattende eiwitten zijn alomtegenwoordig in de biologie, waar de clusters worden gebruikt om chemische reacties te katalyseren of om elektronen te transporteren, bijvoorbeeld, tijdens de ademhaling, " voegde hij eraan toe. "Bij het doen van dit onderzoek, we waren geïnteresseerd in het ophelderen van de functie en biosynthese van ijzer-zwavelclusters."

In het labortorium, het team kweekte op grote schaal micro-organismen, zuiverden ze en konden vervolgens een verscheidenheid aan ijzer-zwavel-eiwitten en enzymen karakteriseren.

"Van onze genetische analyses van het organisme wisten we dat IssA een belangrijk eiwit in de cel was, en tijdens onze biochemische analyses merkten we IssA op vanwege zijn extreem grote omvang. Door de grote hoeveelheid en het grote formaat was het vrij gemakkelijk te zuiveren, " zei hij. "Met het gezuiverde eiwit konden we verschillende analytische, spectroscopische en microscopische technieken en dat leidde ons tot de conclusie dat IssA een nanodeeltje was en thioferraat bevatte, een ijzer-zwavelpolymeer dat nog niet eerder in de biologie is gezien. Met het zuivere IssA-eiwit konden we ook antistoffen genereren, en dit stelde ons in staat om IssA in hele cellen van het micro-organisme te visualiseren als een groot complex in de cel."

Hoewel dit soort onderzoek fundamentele kennis oplevert over hoe biologische systemen werken, het onderzoek zou ooit kunnen worden gebruikt om nanodeeltjes te construeren voor medische of andere toepassingen.

"Nanodeeltjes worden in veel medische en elektronische toepassingen gebruikt, hoewel ze meestal zijn gemaakt van anorganische componenten, " zei hij. "Het ontwikkelen van eiwit-nanodeeltjes zou mogelijk zijn als we de eigenschappen van IssA zouden begrijpen die het in staat stellen om te assembleren tot nanodeeltjesachtige structuren. Het is ook mogelijk dat nanodeeltjes die op het IssA-eiwit zijn gebouwd maar andere anorganische materialen bevatten, toepassingen kunnen hebben."