Открытие трех новых белков, участвующих в управлении формированием сложного рисунка наноразмерных пор в панцире диатомовых водорослей, открывает путь к манипулированию этим процессом для структурирования материалов. Это может включать создание узоров в мезо- и макропористых материалах для фотоники, катализа и сенсоров.
Раковины диатомей представляют собой интересную техническую проблему. Эти одноклеточные водоросли производят свои пористые кремниевые стенки с наноразмерным рисунком при температуре окружающей среды внутри своих клеток, в то время как ученым для получения чего-то подобного потребуются высокие температуры и агрессивные химикаты, и они не смогут воспроизвести все их тонкости. Эти оболочки также представляют собой вызов для фундаментальных исследований, поскольку оказалось чрезвычайно сложно определить молекулярные механизмы, вовлеченные в процесс.
Источник: © Steve Gschmissner/Science Photo Library/Getty Images
Диатомы могут формировать оболочки с удивительно сложными наноразмерными структурами
Сейчас группа Нильса Крöгера из Технического университета Дрездена, Германия, определила три ключевых белка в везикуле осаждения кремнезема (SDV), клеточном отсеке, который производит эти структуры. После всесторонних исследований протеомики они сузили круг поиска до десятков белков, которые выглядели многообещающими, из которых три имели последовательность анкирина, часто встречающуюся в белковых взаимодействиях.
Эти три белка оказались вездесущими в диатомовых водорослях и специфичными для них. Затем исследователи вывели три мутантных штамма диатомовых водорослей Thalassiosira pseudonana, в каждом из которых отсутствовал один из этих белков, и наблюдали, что каждый из них демонстрировал характерные нарушения в рисунке пор.
‘Благодаря этой работе мы сделали огромный шаг вперед в идентификации белковых механизмов, которые контролируют морфогенез кремнезема в SDV,’ Kröger рассказывает Chemistry World. ‘Хотя необходимо провести еще много дополнительных анализов, мы начинаем видеть свет в конце тоннеля. Наличие SDV в руках позволит изучать его свойства и биогенез такими способами, которые ранее были немыслимы.’
Источник: © Steve Gschmissner/Science Photo Library
Структура панцирей диатомовых существенно различается у разных видов
Исследователи интерпретируют полученные результаты в контексте гипотетической модели образования пор при разделении фаз жидкость&ndash-жидкость с образованием нанокапель. С этой точки зрения, наблюдаемые нокаутом нарушения предполагают, что один белок контролирует время образования капель по отношению к времени осаждения кремнезема. Два других являются взаимными антагонистами, которые контролируют время жизни этих капель.
Асаф Галь из Института Вейцмана в Реховоте, Израиль, говорит, что ‘эта работа очень важна, поскольку впервые мы получили доказательства того, что конкретные белки контролируют морфологию диатомового кремнезема’.
Хотя предложенный механизм остается гипотетическим, он предлагает четкие маршруты для экспериментов по проверке теории и поиску недостающих рецепторов, с которыми взаимодействуют эти белки – предположительно, они встроены в мембрану везикул. Предыдущие открытия выявили белки и полиамины, которые могут вызывать осаждение кремнезема in vitro. Однако эти новые диатомовые белки являются первыми, которые оказывают доказанное и специфическое влияние на формирование узора in vivo и, таким образом, открывают путь к дальнейшему экспериментальному манипулированию этими узорами.
Кэрол Перри из Университета Ноттингем Трент предсказывает, что в конечном итоге это может привести к созданию узоров. ‘Данное исследование является элегантным примером того, как улучшенное понимание естественной биохимии организма’имеет потенциал для создания адаптируемых материалов с использованием экологически чистых условий синтеза с широким применением в технологиях зондирования и разделения.’