I ricercatori dell'Università della Georgia hanno scoperto un nuovo modo in cui il ferro viene immagazzinato nei microrganismi, una scoperta che fornisce nuove intuizioni sulla natura fondamentale di come funzionano i sistemi biologici. La ricerca è stata recentemente pubblicata sulla rivista Comunicazioni sulla natura .

Ferro da stiro, un metallo che è richiesto da tutti gli organismi viventi, viene solitamente immagazzinato con l'ossigeno all'interno di una cellula in un complesso all'interno di una grande proteina nota come ferritina. I ricercatori hanno ora scoperto un nuovo tipo di proteina, noto come IssA, che immagazzina ferro con zolfo, al posto dell'ossigeno, sotto forma di un polimero ferro-zolfo noto come tioferrato.

"Questo polimero ferro-zolfo è stato prodotto in precedenza in una provetta, ma questa è la prima volta che il tioferrato è stato identificato in un sistema biologico, " ha detto Michael W. Adams, autore principale e Distinguished Research Professor nel dipartimento di biochimica e biologia molecolare. "Inoltre, questo singolo tipo di proteina, IsA, si autoassembla in complessi o nanoparticelle estremamente grandi che possono essere più di 20 volte più grandi della ferritina. Le nanoparticelle IssA sono così grandi che sono visibili all'interno di intere cellule usando un microscopio".

I ricercatori hanno anche scoperto che questa nuova proteina svolge un ruolo non solo nell'immagazzinamento del ferro, ma anche nell'assemblaggio di proteine ​​che contengono cluster ferro-zolfo.

"Questo lavoro fornisce nuove informazioni su come i microrganismi possono immagazzinare ferro e anche zolfo, e come singole proteine ​​possono autoassemblarsi in nanoparticelle, " ha detto Adams. "Dà anche una nuova prospettiva su come i cluster ferro-zolfo vengono sintetizzati nei sistemi biologici".

"Le proteine ​​contenenti cluster ferro-zolfo sono onnipresenti in biologia, dove i cluster sono usati per catalizzare reazioni chimiche o per trasportare elettroni, Per esempio, durante la respirazione, " ha aggiunto. "Nel fare questa ricerca, eravamo interessati a chiarire la funzione e la biosintesi dei cluster ferro-zolfo".

Nel laboratorio, il team ha coltivato microrganismi su larga scala, li hanno purificati e quindi sono stati in grado di caratterizzare una varietà di proteine ​​ed enzimi ferro-zolfo.

"Dalle nostre analisi genetiche dell'organismo sapevamo che IssA era una proteina importante nella cellula, e durante le nostre analisi biochimiche abbiamo notato IssA a causa delle sue dimensioni estremamente grandi. La sua grande abbondanza e le grandi dimensioni lo rendevano abbastanza facile da purificare, " ha detto. "Con la proteina purificata potremmo applicare varie analisi, tecniche spettroscopiche e microscopiche e che ci hanno portato a concludere che IssA era una nanoparticella e conteneva tioferrato, un polimero ferro-zolfo mai visto in biologia. Con la proteina IssA pura potremmo anche generare anticorpi, e questo ci ha permesso di visualizzare IssA in intere cellule del microrganismo come un grande complesso all'interno della cellula".

Mentre la ricerca di questa natura fornisce conoscenze fondamentali su come funzionano i sistemi biologici, la ricerca potrebbe un giorno essere utilizzata per progettare nanoparticelle per applicazioni mediche o di altro tipo.

"Le nanoparticelle sono utilizzate in molte applicazioni mediche ed elettroniche, sebbene siano tipicamente costituiti da componenti inorganici, ", ha detto. "L'ingegneria delle nanoparticelle proteiche potrebbe essere possibile se potessimo comprendere le proprietà di IssA che gli consentono di assemblarsi in strutture simili a nanoparticelle. È anche possibile che le nanoparticelle costruite sulla proteina IssA ma contenenti altri materiali inorganici possano avere applicazioni".