Las bacterias que producen óxidos de manganeso (Mn) son ingenieros de nanomateriales extraordinariamente hábiles que contribuyen significativamente a los ciclos biogeoquímicos globales. Sin embargo, la mineralización mediada por estos organismos es poco conocida porque las enzimas involucradas en estos procesos no están caracterizadas en gran medida. Un estudio reciente reveló por primera vez la estructura del Mnx, un complejo enzimático bacteriano responsable de la biomineralización del Mn, y las nanopartículas de óxido de Mn que produce.

Una mejor comprensión de las enzimas de biomineralización puede permitir a los científicos diseñar proteínas para aplicaciones como la remediación ambiental y la producción de bioenergía. Las novedosas herramientas analíticas utilizadas en este estudio también podrían aplicarse para resolver la estructura de otras enzimas que juegan un papel crítico en los ciclos biogeoquímicos globales. especialmente enzimas intratables por resonancia magnética nuclear más convencional, cristalografía, o enfoques de microscopía electrónica.

El manganeso es un metal de transición muy importante para toda la vida. El ciclo de Mn entre su forma principalmente soluble reducida (Mn (II)) y sus formas insolubles oxidadas (Mn (III, IV) óxidos) se acopla de innumerables formas a muchos ciclos elementales. La investigación ha establecido que el Mn (II) se oxida a Mn (III, IV) minerales principalmente a través de actividades de bacterias y hongos. Todavía, las enzimas de biomineralización producidas por estos organismos son muy difíciles de estudiar porque es difícil aislarlas y purificarlas. Para abordar este desafío, investigadores de la Universidad de Ciencias y Salud de Oregon, la Universidad Estatal de Ohio, y EMSL, el Laboratorio de Ciencias Moleculares Ambientales, utilizó espectrometría de masas de última generación, movilidad iónica, y microscopía electrónica para resolver la estructura previamente no caracterizada de Mnx y las nanopartículas de óxido de Mn que produce.

Los investigadores utilizaron espectrometría de masas de alta resolución y microscopía electrónica de transmisión de barrido con corrección de aberración de resolución atómica en EMSL, una instalación para usuarios de la Oficina de Ciencias del DOE. Estos datos proporcionan información estructural crítica para comprender la biomineralización del Mn, que es potencialmente adecuado para aplicaciones de remediación ambiental. Es más, Los nuevos conocimientos sobre la estructura de Mnx pueden informar la investigación en curso sobre los mecanismos de la fotosíntesis y la producción catalítica de oxígeno.