Бактериальная броня раскрывает секреты самосборки наноструктур

Исследователи из Национальной лаборатории Лоуренса в Беркли (Berkeley Lab) Министерства энергетики США изучили, как белок SbpA, формирующий защитный слой (S-слой) у бактерии Lysinibacillus sphaericus, самособирается в двумерные нанолисты. Это открытие может быть использовано для создания сложных наноматериалов.

Ключевая роль ионов кальция

• Двойная функция: Ионы кальция (Ca²⁺) не только запускают сворачивание белка SbpA в правильную форму, но и связывают готовые нанолисты между собой.
• Специфичность: Только кальций, а не другие двухвалентные катионы (марганец или барий), запускает процесс самосборки.
• Контроль в клетке: Концентрация ионов кальция внутри бактериальной клетки слишком мала для запуска сборки, что защищает бактерию от преждевременного формирования "брони".

Метод исследования

Учёные использовали высокопроизводительные измерения светорассеяния как индикатор образования нанолистов. Результаты коррелировали с данными электронной микроскопии и малоуглового рассеяния рентгеновских лучей (SAXS), полученными на линии SIBYLS (12.3.1) источника продвинутого света (Advanced Light Source) Berkeley Lab.

Механизм и перспективы

• Процесс начинается, когда с белком SbpA связывается всего пять ионов кальция. Кристалл растёт быстро и необратимо из крайне малого "зародыша".
• Техника светорассеяния применима для мониторинга самосборки любых белков в 2D-нанолисты в масштабе от нанометров до микрометров.
• Потенциальное применение: Устойчивые и адгезивные S-слойные белки могут быть использованы для создания наноструктур, например, для удаления металлов и других загрязнителей из воды.

Исследование, проведённое под руководством химика-синтетического биолога Кэролайн Аджо-Франклин, опубликовано в журнале ACS Nano ("Ion-Specific Control of the Self-Assembly Dynamics of a Nanostructured Protein Lattice").