Nieuw onderzoek van de Universiteit van Liverpool, gepubliceerd in het tijdschrift nanoschaal , heeft de structuur en materiaaleigenschappen van eiwitmachines in bacteriën onderzocht, die het vermogen hebben om koolstofdioxide om te zetten in suiker door middel van fotosynthese.

Cyanobacteriën zijn een stam van bacteriën die zuurstof en energie produceren tijdens fotosynthese, vergelijkbaar met groene planten. Ze behoren tot de meest voorkomende organismen in oceanen en zoet water. Unieke interne 'machines' in cyanobacteriën, carboxysomen genoemd, de organismen in staat stellen koolstofdioxide om te zetten in suiker en een impact hebben op de wereldwijde biomassaproductie en ons milieu.

Carboxysomen zijn polyedrische structuren op nanoschaal die zijn gemaakt van verschillende soorten eiwitten en enzymen. Tot dusver, er is weinig bekend over hoe deze 'machines' zijn geconstrueerd en hoe ze hun organisatie behouden om koolstoffixatie uit te voeren.

Onderzoekers van het University's Institute of Integrative Biology, onder leiding van Royal Society University Research Fellow Dr. Luning Liu, diepgaand onderzoek gedaan naar de oorspronkelijke structuur en mechanische stijfheid van carboxysomen met behulp van geavanceerde microscopen en biochemische benaderingen.

Voor de eerste keer, de onderzoekers waren in staat om actieve carboxysomen biochemisch te zuiveren van cyanobacteriën en hun koolstoffixatie-activiteit en eiwitsamenstelling te karakteriseren. Vervolgens gebruikten ze elektronenmicroscopie en atoomkrachtmicroscopie om de morfologie en interne eiwitorganisatie van deze bacteriële machines te visualiseren.

Verder, de intrinsieke mechanische eigenschappen van de driedimensionale structuren werden voor het eerst bepaald. Hoewel ze qua structuur op veelvlakkige virussen lijken, carboxysomen bleken veel zachter en structureel flexibel te zijn, wat gecorreleerd is met hun vormingsdynamiek en regulatie in bacteriën.

Dr. Liu, zei:"Het is opwindend dat we het eerste 'contact' met deze nanostructuren kunnen maken en begrijpen hoe ze zelf-georganiseerd en gevormd zijn met behulp van de modernste technieken die beschikbaar zijn aan de universiteit. Onze bevindingen bieden nieuwe aanwijzingen over de relatie tussen de structuur en functionaliteit van inheemse carboxysomen."

De zelfassemblage en modulariteit van carboxysomen maken ze interessante systemen voor nanowetenschappers, synthetische biologen en bio-ingenieurs, die hopen manieren te vinden om nieuwe nanomaterialen en nanobioreactoren te ontwerpen.

"We beginnen nu net te begrijpen hoe deze bacteriële machines zijn gebouwd en in de natuur werken. Onze langetermijnvisie is om de kennis te benutten om verdere stappen te zetten naar een beter ontwerp en engineering van bio-geïnspireerde machines, " voegde Dr. Liu eraan toe, "De kennis en technieken kunnen worden uitgebreid naar andere biologische machines."