I batteri che producono ossidi di manganese (Mn) sono ingegneri straordinariamente qualificati di nanomateriali che contribuiscono in modo significativo ai cicli biogeochimici globali. Però, la mineralizzazione mediata da questi organismi è poco conosciuta perché gli enzimi coinvolti in questi processi sono in gran parte atipici. Un recente studio ha rivelato per la prima volta la struttura di Mnx, un complesso enzimatico batterico responsabile della biomineralizzazione del Mn, e le nanoparticelle di ossido di Mn che produce.

Una migliore comprensione degli enzimi di biomineralizzazione può consentire agli scienziati di progettare proteine ​​per applicazioni come il risanamento ambientale e la produzione di bioenergia. I nuovi strumenti analitici utilizzati in questo studio potrebbero essere applicati anche per risolvere la struttura di altri enzimi che svolgono un ruolo critico nei cicli biogeochimici globali, in particolare gli enzimi intrattabili dalla risonanza magnetica nucleare più convenzionale, cristallografia, o approcci di microscopia elettronica.

Mn è un metallo di transizione molto importante per tutta la vita. Ciclo di Mn tra la sua forma principalmente solubile ridotta (Mn(II)) e le sue forme insolubili ossidate (Mn(III, IV) ossidi) è accoppiato in una miriade di modi a molti cicli elementari. La ricerca ha stabilito che Mn(II) è ossidato a Mn(III, IV) minerali principalmente attraverso attività di batteri e funghi. Ancora, gli enzimi di biomineralizzazione prodotti da questi organismi sono molto impegnativi da studiare perché è difficile isolarli e purificarli. Per affrontare questa sfida, ricercatori dell'Oregon Health &Science University, l'Università statale dell'Ohio, e EMSL, il Laboratorio di Scienze Molecolari Ambientali, utilizzato spettrometria di massa all'avanguardia, mobilità ionica, e microscopia elettronica per risolvere la struttura precedentemente non caratterizzata di Mnx e le nanoparticelle di ossido di Mn che produce.

I ricercatori hanno utilizzato la spettrometria di massa ad alta risoluzione e la microscopia elettronica a trasmissione a scansione con correzione dell'aberrazione a risoluzione atomica presso l'EMSL, una struttura per gli utenti dell'Office of Science del DOE. Questi dati forniscono informazioni strutturali critiche per comprendere la biomineralizzazione del Mn, che è potenzialmente adatto per applicazioni di bonifica ambientale. Inoltre, le nuove intuizioni sulla struttura di Mnx possono informare la ricerca in corso sui meccanismi della fotosintesi e della produzione catalitica di ossigeno.