细菌首次“压载舱”的结构描述

相似函数压载舱在潜艇或鱼鳔,许多水性细菌利用气泡来调节浮动性。在《细胞,科学家现在Bionanoscience和成像物理学部门的描述这些囊泡的分子结构第一次。这些气泡是最近也转化为超声波成像造影剂。

气体的囊泡(问)是中空的,圆柱形纳米结构由一个瘦蛋白质外壳和充满气体。相似函数压载舱在潜艇或鱼鳔,许多水性细菌使用这些结构来调节他们的浮动性。“例如,某些蓝藻使用天然气泡浮到海面为了获取阳光进行光合作用,大规模的现象有时看到有毒赤潮”,罗本Jakobi说,Bionanoscience学系助理教授。

这张照片显示了一个详细的分子模型的气体泡,充满气体的微生物浮力装置。囊泡的大毛孔壁让气体通过,但可以防止水进入由于其极其防水处理内部。研究人员在公共可用的模型数据存储库(zenodo.org/record/6458345)。

低温电子显微镜重建显示气体囊泡从内部气体空间。查看方向突出的特有的特征气体泡本文提出了首次观察到的,如顺利防水内部和毛孔使气体分子与外界的交换。

维持下去

这种结构有非常具体的要求:细菌维持下去,问必须占据相当比例的细胞,包括形成隔间,扩展到几百纳米的大小。最大化浮动性,外壳必须用最少的材料。同时,壳需要提供抵抗周围的水的压力保持漂浮在水深变化的能力。问因此演变为刚性,薄壁结构组成的一个蛋白质,重复几千次问壳。

“尽管花费了大量的努力,全球之声的分子结构,因此分子水平理解独特的属性,仍然难以捉摸的”,斯蒂芬·胡贝尔说,博士生在Jakobi实验室。“但高度发达的最近发展电子显微镜硬件和图像处理算法结构允许我们解决这个几乎原子细节。我们现在可以提供低温电子显微镜(低温电子显微镜)问壳结构,提供全球增长的详细说明和独特的进化适应,使细菌漂浮。”

罐头食品罐

天然气泡蛋白GvpA波纹壁结构特性,典型的对薄壁圆筒,类似于肋的金属板罐头食品罐头。小孔使气体分子通过shell,而气体的化学性质泡的内表面有效地排水。这种设计允许问有选择地充满气体。比较广泛的不同细菌物种显示的基本设计气体泡在进化过程中保持不变。

结构提供了有趣的见解独特的分子特性,细菌进化使他们能够漂浮在水环境中,它揭示了巧妙的工程原则,在纳米尺度上,需要保持薄中空结构的压力。

超声波

这项研究还将促进天然气泡超声成像的分子工程。“在这项研究中我们与大卫的实验室马雷斯卡的成像物理,他走近我们想象天然气生产的囊泡实验室”,Jakobi说。戴恩在马雷斯卡的实验室,博士生Terwiel旨在将气泡造影剂用于超声成像,通过调整他们的遗传密码。之间的密度高对比度充气问和周围细胞结构使得它们明亮的超声波图像及其特定的属性是一个潜在的改进当前的造影剂。“我们获得的见解让我重新设计这些声波生物分子更精确”,Terwiel说。“自2014年以来,有兴趣重燃天然气泡,因为这些可以作为超声波的“绿色荧光蛋白”。知道气体的囊泡结构将帮助我们设计声学传感器为了“间谍”生物过程深入组织”,增加了马雷斯卡。

参考:Huber圣,Terwiel D,埃弗斯WH,马雷斯卡D, Jakobi AJ。低温电子显微镜buoyancy-controlled的气体的囊泡结构的能动性。细胞。2023,186 (5):975 - 986. - e13。doi:10.1016 / j.cell.2023.01.041

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