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Posted in | Nanoelectronics

Les Scientifiques Découvrent Comment des Milliers de Protéines Bactériennes de Membrane Capables Se Réunir dans des Batteries

Published on July 6, 2009 at 8:51 PM

Auto-Assembler et systèmes auto-organisateurs sont les Saints Graal de nanotechnologie, mais la nature avait établi de tels systèmes pour des millions d'années. Une équipe des scientifiques a jeté un seul coup d'oeil à la façon dont les milliers de protéines bactériennes de membrane peuvent se réunir dans les batteries qui mouvement direct de cellules aux produits chimiques choisis dans leur environnement. Leurs résultats fournissent l'analyse précieuse dans la façon dont des configurations périodiques complexes dans des systèmes biologiques peuvent être produites et réparées.

Janv. Liphardt, de la Division Matérielle de Biosciences, a abouti la recherche qui a affiché comment les milliers de protéines bactériennes de membrane peuvent se réunir dans les batteries qui mouvement direct de cellules aux produits chimiques choisis dans leur environnement. Non seulement les résultats fournissent-ils l'analyse précieuse dans la façon dont les configurations périodiques complexes mais pourraient également fournir des pointeurs dans la fabrication des nanodevices et le développement des circuits nanoelectronic.

« On ne l'apprécie pas largement Que les configurations périodiques complexes peuvent spontanément apparaître des mécanismes simples, mais cela est ce qui se produit ici, » a dit probablement Janv. Liphardt, le biophysicien qui a abouti cette recherche.

Liphardt retient un rendez-vous commun avec la Division des Biosciences du Laboratoire de Berkeley et le Service de Physique Matériels d'Uc Berkeley. Il est l'auteur principal d'un papier maintenant disponible en ligne dans la Bibliothèque Publique De la Science autorisée : « Auto-Organisme du Réseau de Chimiotactisme d'Escherichia coli Imagé avec la Photomicroscopie De Superbe-Définition. » Co-Écrivant le papier avec Liphardt étaient Derek Greenfield, Ann McEvoy, Hari Shroff, Escrocs de Gavin, Ned Wingreen et Éric Betzig.

La Clé à la survie des cellules est la façon dont ses éléments indispensables - protéines, lipides, acides nucléiques, Etc. - sont arrangés. Pour Que des cellules prospèrent, l'organisme de ces composants doit être optimisé pour leurs activités respectives et aussi reproductible pour les rétablissements de réussite des cellules. Les Cellules eucaryotes comportent les structures sous-cellulaires distinctes, telles que les organelles et les systèmes de transport liés par membrane de protéine, dont l'organisme complexe est tout à fait apparent. Cependant, il y a également organisme spatial complexe à trouver dans les cellules procaryotiques, telles que les bactéries en forme de tige comme Escherichia coli.

« Il a est resté quelque peu mystérieux comment les bactéries peuvent dispenser et isoler dans l'espace leurs intérieurs et membranes, » a dit Liphardt. « Deux cellules qui sont biochimiquement identiques peuvent avoir des comportements très différents, selon leur organisme spatial. Avec des technologies neuves telles que PALM, nous pouvons voir exact comment des cellules sont dispensées et associer l'organisme spatial avec le rôle biologique. »

PALM et le Réseau de Chimiotactisme

Dans la technique de PALM, des protéines cibles sont étiquetées avec les balises qui brillent par fluorescence une fois lancées par le faible rayonnement ultraviolet. En maintenant l'intensité de cette lumière suffisamment faible, les chercheurs mettent en boîte des protéines de personne de photoactivate.

« Puisque les différentes protéines sont imagées un par un, nous pouvons les localiser et compter, et puis assemblons de calcul les emplacements de toutes les protéines dans un composé, image à haute précision, » a dit Liphardt. « Avec d'autres technologies, nous devons choisir entre observer de grandes batteries ou observer les protéines uniques. Avec PALM, nous pouvons examiner une cellule et voir les protéines uniques, dimères de protéine, et ainsi de suite, complètement jusqu'à de grandes batteries contenant des milliers de protéines. Ceci nous permet de voir l'organisme relatif de différentes protéines dans des batteries et en même temps de voir comment des batteries sont arrangées en ce qui concerne l'un-un autre. »

Liphardt et ses collègues se sont appliqués la technique de PALM au réseau de chimiotactisme d'E.coli des protéines de signalisation, vers lesquelles dirigez le mouvement des bactéries ou à partir des sucres, des acides aminés, et de beaucoup d'autres molécules solubles en réponse aux caractères indicateurs environnementaux. Le réseau de chimiotactisme d'E.coli est un de meilleur-compris de tous les systèmes de signalisation biologiques et est un modèle pour étudier l'organisme spatial bactérien parce que ses composants affichent une distribution nonrandom et périodique dans la membrane cellulaire.

Les « protéines de Chimiotactisme groupent dans les grands composés sensoriels qui localisent aux perches de la cellule bactérienne, » Liphardt ont dit. « Nous avons voulu comprendre comment ces batteries forment, quels contrôles leur taille et densité, et comment la localisation cellulaire des batteries est robuste mise à jour en élevant et en divisant des cellules. »

Utilisant PALM, Liphardt et ses collègues ont tracé les localisations cellulaires de trois protéines centrales au réseau de signalisation de chimiotactisme - Goudron, CheY et Mastication - avec une moyenne précision de 15 nanomètres. Ils ont constaté que des tailles de batterie ont été distribuées sans une taille étant « caractéristique. » Par exemple, un tiers des protéines de Goudron faisaient partie de plus petites batteries transversales et pas des grandes batteries polaires. L'Analyse des localisations cellulaires relatives de plus d'un million de différentes protéines à partir de 326 cellules a déterminé qu'elles ne sont pas activement diffusées ou ne sont pas fixées aux emplacements particuliers en cellules, comme eu présumé.

« Au Lieu, » a dit Liphardt, « la diffusion et les interactions protéine-protéine transversales irrégulières de protéine sont probablement suffisantes pour produire des configurations complexes et commandées observées. Ce mécanisme en kit stochastique simple, qui peut produire et mettre à jour les structures périodiques dans des membranes biologiques sans participation ou transport actif cytosquelettique directe, peut s'avérer répandu en procaryotique et cellules eucaryotes. »

Liphardt et son organisme de recherche s'appliquent maintenant PALM à signaler des composés dans des membranes eucaryotiques pour voir combien répandu est en kit stochastique en nature. Vu que les systèmes biologiques sont la version de la nature de la nanotechnologie, la démonstration qui en kit stochastique est capable de dispenser des milliers de protéines en promesse complexe et reproductible de prises de configurations pour un large éventail d'applications en nanotechnologie, y compris la fabrication des nanodevices et le développement des circuits nanoelectronic.

Ce travail a été financé par le Ministère De L'énergie des États-Unis le Bureau De la Science, Programme de Biosciences d'Énergie, Sloan et les Fondations de Searle, et les Instituts Nationaux des concessions de Santé.

Le Laboratoire de Berkeley est un laboratoire national de Département de l'Énergie des États-Unis situé dans Berkeley, la Californie. Il conduit la recherche scientifique sans classification et est managé par l'Université de Californie. Visitez notre Site Web chez www.lbl.gov

Last Update: 17. January 2012 00:06

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