Bacteriën die mangaan (Mn)-oxiden produceren, zijn buitengewoon bekwame ingenieurs van nanomaterialen die aanzienlijk bijdragen aan wereldwijde biogeochemische cycli. Echter, mineralisatie die door deze organismen wordt gemedieerd, wordt slecht begrepen omdat enzymen die bij deze processen betrokken zijn, grotendeels niet gekarakteriseerd zijn. Een recente studie onthulde voor het eerst de structuur van Mnx - een bacterieel enzymcomplex dat verantwoordelijk is voor de biomineralisatie van Mn - en de Mn-oxide-nanodeeltjes die het produceert.

Een beter begrip van biomineralisatie-enzymen kan wetenschappers in staat stellen eiwitten te ontwikkelen voor toepassingen zoals milieusanering en bio-energieproductie. De nieuwe analytische instrumenten die in deze studie worden gebruikt, kunnen ook worden toegepast om de structuur van andere enzymen op te lossen die een cruciale rol spelen in wereldwijde biogeochemische cycli, vooral enzymen die onhandelbaar zijn door meer conventionele nucleaire magnetische resonantie, kristallografie, of elektronenmicroscopie benaderingen.

Mn is een zeer belangrijk overgangsmetaal voor al het leven. Mn-cycli tussen zijn gereduceerde, voornamelijk oplosbare vorm (Mn(II)) en zijn geoxideerde onoplosbare vormen (Mn(III, IV) oxiden) is op talloze manieren gekoppeld aan vele elementaire cycli. Onderzoek heeft uitgewezen dat Mn(II) wordt geoxideerd tot Mn(III, IV) mineralen voornamelijk door activiteiten van bacteriën en schimmels. Nog, de biomineralisatie-enzymen die door deze organismen worden geproduceerd, zijn zeer uitdagend om te bestuderen omdat het moeilijk is om ze te isoleren en te zuiveren. Om deze uitdaging aan te gaan, onderzoekers van de Oregon Health &Science University, de Ohio State University, en EMSL, het Environmental Molecular Sciences Laboratory, gebruikte state-of-the-art massaspectrometrie, ionen mobiliteit, en elektronenmicroscopie om de voorheen niet-gekarakteriseerde structuur van Mnx en de Mn-oxide-nanodeeltjes die het produceert op te lossen.

De onderzoekers gebruikten massaspectrometrie met hoge resolutie en aberratie-gecorrigeerde scanning-transmissie-elektronenmicroscopie met atomaire resolutie bij EMSL, een DOE Office of Science gebruikersfaciliteit. Deze gegevens bieden essentiële structurele informatie voor het begrijpen van Mn-biomineralisatie, die potentieel zeer geschikt is voor toepassingen voor milieusanering. Bovendien, de nieuwe inzichten in de structuur van Mnx kunnen lopend onderzoek naar de mechanismen van fotosynthese en katalytische zuurstofproductie informeren.