Des chercheurs de l'Université de Géorgie ont découvert une nouvelle façon de stocker le fer dans les micro-organismes, une découverte qui fournit de nouvelles informations sur la nature fondamentale du fonctionnement des systèmes biologiques. La recherche a été récemment publiée dans la revue Communication Nature .

Le fer, un métal requis par tous les organismes vivants, est généralement stocké avec de l'oxygène à l'intérieur d'une cellule dans un complexe au sein d'une grande protéine connue sous le nom de ferritine. Les chercheurs ont maintenant découvert un nouveau type de protéine, connu sous le nom d'IssA, qui stocke le fer avec du soufre, au lieu de l'oxygène, sous la forme d'un polymère fer-soufre appelé thioferrate.

"Ce polymère fer-soufre a été fabriqué auparavant dans un tube à essai mais c'est la première fois que le thioferrate est identifié dans un système biologique, " a déclaré Michael W. Adams, auteur principal et professeur émérite de recherche au département de biochimie et de biologie moléculaire. "En outre, ce seul type de protéine, IssA, s'auto-assemble en des complexes ou des nanoparticules extrêmement volumineux qui peuvent être plus de 20 fois la taille de la ferritine. Les nanoparticules d'IssA sont si grosses qu'elles sont visibles à l'intérieur de cellules entières à l'aide d'un microscope. »

Les chercheurs ont également découvert que cette nouvelle protéine joue un rôle non seulement dans le stockage du fer, mais aussi dans l'assemblage de protéines qui contiennent des amas fer-soufre.

"Ce travail fournit de nouvelles informations sur la façon dont les micro-organismes peuvent stocker le fer mais aussi le soufre, et comment des protéines individuelles peuvent s'auto-assembler en nanoparticules, " a déclaré Adams. " Cela donne également une nouvelle perspective sur la façon dont les amas fer-soufre sont synthétisés dans les systèmes biologiques. "

"Les protéines contenant des amas de fer et de soufre sont omniprésentes en biologie où les amas sont utilisés pour catalyser des réactions chimiques ou pour transporter des électrons, par exemple, pendant la respiration, " a-t-il ajouté. " En faisant cette recherche, nous étions intéressés à élucider la fonction et la biosynthèse des amas fer-soufre."

Dans le laboratoire, l'équipe a cultivé des micro-organismes à grande échelle, les ont purifiés et ont ensuite pu caractériser une variété de protéines et d'enzymes fer-soufre.

"De nos analyses génétiques de l'organisme, nous savions que IssA était une protéine majeure dans la cellule, et lors de nos analyses biochimiques, nous avons remarqué IssA en raison de sa taille extrêmement grande. Sa grande abondance et sa grande taille le rendaient assez facile à purifier, " dit-il. " Avec la protéine purifiée, nous pourrions appliquer diverses analyses, techniques spectroscopiques et microscopiques et qui nous ont conduit à conclure que IssA était une nanoparticule et contenait du thioferrate, un polymère fer-soufre jamais vu auparavant en biologie. Avec la protéine IssA pure, nous pourrions également générer des anticorps, et cela nous a permis de visualiser IssA dans des cellules entières du micro-organisme comme un grand complexe à l'intérieur de la cellule."

Alors que la recherche de cette nature fournit des connaissances fondamentales sur le fonctionnement des systèmes biologiques, la recherche pourrait un jour être utilisée pour concevoir des nanoparticules à des fins médicales ou autres.

« Les nanoparticules sont utilisées dans de nombreuses applications médicales et électroniques, bien qu'ils soient généralement constitués de composants inorganiques, " Il a dit. " L'ingénierie des nanoparticules de protéines pourrait être possible si nous pouvions comprendre les propriétés d'IssA qui lui permettent de s'assembler en structures de type nanoparticule. Il est également possible que des nanoparticules construites sur la protéine IssA mais contenant d'autres matériaux inorganiques puissent avoir des applications."