새로운 바이오 센서는 생명에 필수적인 애매한 금속의 활동을 밝힙니다.

[아름이]

새로운 바이오 센서는 생명에 필수적인 애매한 금속의 활동을 밝힙니다.
날짜:
2023년 3월 9일
원천:
펜 스테이트
요약:
새로운 바이오센서는 과학자들에게 생명에 필수적인 애매한 금속 이온인 망간의 최초의 역동적인 모습을 보여줍니다.

전체 이야기
Penn State 연구원들이 설계한 새로운 바이오센서는 과학자들에게 생명에 필수적인 애매한 금속 이온인 망간을 처음으로 역동적으로 엿볼 수 있는 기회를 제공합니다.

연구자들은 높은 선택성으로 희토류 원소를 결합하는 란모듈린(lanmodulin)이라는 천연 단백질로 센서를 설계했으며 5년 전에 현재 연구에 참여한 일부 펜실베니아 주립대 연구원에 의해 발견되었습니다.

그들은 대부분의 전이 금속 결합 분자에서 관찰되는 경향을 무시하는 철 및 구리와 같은 다른 일반적인 전이 금속보다 망간을 선호하도록 단백질을 유전적으로 재프로그래밍할 수 있었습니다.

이 센서는 광합성, 숙주-병원체 상호작용 및 신경생물학에 대한 이해를 증진시키기 위해 생명공학 분야에서 폭넓게 응용될 수 있습니다. 또한 리튬 이온 배터리 재활용에서 전이 금속 성분(망간, 코발트 및 니켈)의 분리와 같은 프로세스에 더 일반적으로 적용될 수 있습니다.

팀은 최근 국립 과학 아카데미 회보 에 연구 결과를 발표했습니다 .

Penn State의 대학원생이자 이 논문의 주저자인 Jennifer Park은 "우리는 이것이 생물학적 시스템에서 이 금속에 대한 상세한 연구를 위해 망간에 대해 충분히 선택적인 최초의 센서라고 믿습니다."라고 말했습니다. "우리는 그것을 사용했으며 이전에는 불가능했던 살아있는 시스템에서 망간이 어떻게 오고 가는지에 대한 역학을 보았습니다."

그녀는 팀이 박테리아 내에서 망간의 거동을 모니터링할 수 있었고 현재 포유류 시스템에서 금속이 어떻게 작동하는지 잠재적으로 연구하기 위해 더 긴밀한 바인딩 센서를 설계하기 위해 노력하고 있다고 설명했습니다.

철, 구리, 아연과 마찬가지로 망간은 식물과 동물에 필수적인 금속입니다. 그 기능은 살아있는 시스템 내에서 중요한 역할을 하는 분자인 효소를 활성화하는 것입니다. 예를 들어, 망간은 식물의 광합성 과정의 핵심 구성 요소입니다. 망간은 물이 광합성의 핵심인 산소로 변환되는 위치에 존재합니다. 인간에서 망간은 신경 발달과 관련이 있습니다. 뇌에 과도한 망간 축적은 파킨슨병과 같은 운동 질환을 유발하는 반면 망간 수치 감소는 헌팅턴병과 관련하여 관찰되었다고 연구원들은 설명했습니다.

그러나 망간에 대한 과학적 이해는 다른 필수 금속에 비해 뒤처져 있는데, 부분적으로는 망간의 농도, 국소화 및 세포 내 움직임을 시각화하는 기술이 부족하기 때문입니다. 이 새로운 센서는 모든 종류의 새로운 연구를 위한 문을 열어준다고 Penn State의 화학 부교수이자 이 논문의 수석 저자인 Joseph Cotruvo는 설명했습니다.

Cotruvo는 "이 센서에 대한 잠재적인 응용 분야가 매우 많습니다."라고 말했습니다. "개인적으로 망간이 병원체와 상호 작용하는 방식에 특히 관심이 있습니다."

그는 신체가 대부분의 박테리아 병원균이 생존에 필요한 철분을 제한하기 위해 열심히 노력하고 있으며, 따라서 이러한 병원균은 대신 망간으로 변한다고 설명했습니다.

"우리는 면역 체계와 침입하는 병원체 사이에 중요한 금속에 대한 줄다리기가 있다는 것을 알고 있지만 실시간으로 볼 수 없기 때문에 이러한 역학을 완전히 이해할 수 없었습니다."라고 그는 말했습니다. , 프로세스를 시각화하는 새로운 기능을 통해 연구자들은 포도상구균(MRSA)과 같은 일반적인 항생제에 대한 내성이 나타난 다양한 감염에 대한 잠재적으로 새로운 약물 표적을 개발할 수 있는 도구를 갖게 되었다고 덧붙였습니다.

특정 금속에 결합하도록 단백질을 설계하는 것은 본질적으로 어려운 문제라고 Cotruvo는 설명했습니다. 왜냐하면 세포에 존재하는 전이 금속 사이에는 많은 유사점이 있기 때문입니다. 그 결과 살아있는 세포에서 망간 생리학을 연구할 수 있는 화학 생물학 도구가 부족했습니다.

"우리에게 질문은 칼슘, 마그네슘, 철 및 아연 이온과 같이 매우 유사하게 보이는 다른 물질이 엄청나게 많이 존재하는 경우에도 망간 이온이라는 한 가지에만 결합하도록 단백질을 조작할 수 있는가였습니다. " 코트루보가 말했다. "우리가 해야 할 일은 이 단백질 결합이 다른 어떤 금속보다 망간에서 더 안정적이도록 올바른 방식으로 배열된 결합 사이트를 만드는 것이었습니다."

lanmodulin이 그러한 작업을 수행할 수 있음을 성공적으로 입증한 후 팀은 생물학적 및 기술적 중요성을 지닌 다양한 금속 이온을 감지하고 복구하기 위한 다른 유형의 생물학적 도구를 진화시키는 발판으로 사용할 계획입니다.

Cotruvo는 "매우 유사한 금속을 구별하는 방법을 알아낼 수 있다면 정말 강력합니다."라고 말했습니다. "란모듈린을 취하여 망간 결합 단백질로 전환할 수 있다면 다른 무엇을 할 수 있습니까?"

이 논문의 다른 공동 저자는 Penn State의 Joseph Mattocks와 Jiansong Xu입니다. Massachusetts General Hospital 및 Harvard Medical School의 Michael Cleary, Huan Wang 및 Eric Gale; 오스틴에 있는 텍사스 대학교의 Danyang Li와 Somshuvra Mukhopadhyay.

National Institutes of Health와 Penn State의 스타트업 자금이 이 작업을 지원했습니다.

출처 : https://www.sciencedaily.com/