As bactérias que produzem óxidos de manganês (Mn) são engenheiros extraordinariamente qualificados de nanomateriais que contribuem significativamente para os ciclos biogeoquímicos globais. Contudo, a mineralização mediada por esses organismos é mal compreendida porque as enzimas envolvidas nesses processos são amplamente descaracterizadas. Um estudo recente revelou pela primeira vez a estrutura do Mnx - um complexo enzimático bacteriano responsável pela biomineralização do Mn - e as nanopartículas de óxido de Mn que ele produz.

Uma melhor compreensão das enzimas de biomineralização pode permitir aos cientistas desenvolver proteínas para aplicações como remediação ambiental e produção de bioenergia. As novas ferramentas analíticas utilizadas neste estudo também podem ser aplicadas para resolver a estrutura de outras enzimas que desempenham um papel crítico nos ciclos biogeoquímicos globais, especialmente enzimas intratáveis ​​por ressonância magnética nuclear mais convencional, cristalografia, ou abordagens de microscopia eletrônica.

O Mn é um metal de transição muito importante para toda a vida. Ciclo de Mn entre sua forma reduzida principalmente solúvel (Mn (II)) e suas formas insolúveis oxidadas (Mn (III, IV) óxidos) está acoplado de inúmeras maneiras a muitos ciclos elementares. A pesquisa estabeleceu que Mn (II) é oxidado a Mn (III, IV) minerais principalmente por meio de atividades de bactérias e fungos. Ainda, as enzimas de biomineralização produzidas por esses organismos são muito desafiadoras para estudar porque é difícil isolá-las e purificá-las. Para enfrentar este desafio, pesquisadores da Oregon Health &Science University, a Ohio State University, e EMSL, o Laboratório de Ciências Moleculares Ambientais, usaram espectrometria de massa de última geração, mobilidade iônica, e microscopia eletrônica para resolver a estrutura anteriormente não caracterizada de Mnx e as nanopartículas de óxido de Mn que ela produz.

Os pesquisadores usaram espectrometria de massa de alta resolução e microscopia eletrônica de transmissão de varredura com correção de aberração de resolução atômica na EMSL, uma facilidade de usuário do DOE Office of Science. Esses dados fornecem informações estruturais críticas para a compreensão da biomineralização de Mn, que é potencialmente adequado para aplicações de remediação ambiental. Além disso, os novos insights sobre a estrutura do Mnx podem informar pesquisas em andamento sobre os mecanismos de fotossíntese e produção de oxigênio catalítico.