Ученые смогли увидеть процесс действия фермента в бактериальной клетке
Понимание процесса синтеза в клетках сине-зеленых водорослей цианофицина, служащего хранилищем азота и энергии, может привести к прогрессу в производстве биоматериалов, сообщает пресс-служба Университета Макгилла (Канада) 14 октября на официальном интернет-портале.
Бактерии могут накапливать энергию для того, чтобы выжить в неблагоприятные времена. Один из важных резервов — это гранулы цианофицина, которые впервые были обнаружены в клетках сине-зеленых водорослей около 150 лет назад.
С тех пор ученые выяснили, что цианофицин является природным биополимером, и бактерии используют его в качестве хранилища азота и энергии. Этот биополимер может иметь множество биотехнологических применений, но при его производстве специалисты столкнулись с трудностями.
Ученые пытались производить большое количество цианофицина, помещая фермент, который его производит (известный как цианофицинсинтетаза), во многие бактерии, но не смогли наладить процесс для масштабного производства. Тогда исследователи объединили два передовых метода — криоэлектронную микроскопию и рентгеновскую кристаллографию, что позволило впервые увидеть активный фермент в действии.
«До сих пор ученые не могли понять, каким образом бактериальные клетки накапливают азот в цианофицине, просто потому, что они не могли видеть фермент в действии. Сшивая трехмерные изображения действующего фермента в фильм, мы смогли увидеть, как три различных структурных единицы (или домена) объединились, чтобы создать цианофицинсинтетазу. Это удивительный и очень элегантный образец природной биомашины», — сказал профессор кафедры биохимии Университета Магилла Мартин Шмайнг.
Цианофицин — это сополимер аргинина и аспартата, двух богатых азотом аминокислот. Один домен отвечает за добавление аспартата, второй домен отвечает за добавление аргинина, а третий домен удерживает растущую цепь цианофицина.
Следующим шагом станет изучение других ферментов, используемых в полном цикле биосинтеза и разложения цианофицина. Как только ученые смогут увидеть их в действии, это поможет им получить полное представление о задействованных процессах и понять, как приспособить клетки для производства больших количеств цианофицина и родственных полимеров.
Разработка способа производства цианофицина может найти применение в различных биотехнологиях. В качестве возможных примеров приводятся разработка биоразлагаемых смягчителей воды, а также создание термочувствительных наноразмерных средств для адресной доставки лекарств.
