Клетки E.coli как источник биогибридного материала: исследование методами электронной микроскопии и микроанализа
DOI:
https://doi.org/10.17308/kcmf.2026.28/13601Ключевые слова:
E.coli cells, Dps protein molecules, Protein superproduction, Biohybrid material, Scanning electron microscopy, Energy-dispersive microanalysis, Morphology and compositionАннотация
Цель работы: Работа посвящена исследованиям клеток кишечной палочки E.coli, сформированных в условиях суперпродукции белка бактериоферритина Dps. Молекулы этого белка способны формировать биогибридные структуры, аккумулируя в своих внутренних полостях неорганические наночастицы системы железо-кислород с идентичными свойствами, в том числе размерами в пределах единиц нанометров. Известные подходы для получения молекул белка бактериоферритина Dps основаны на разрушении их источника – клеток E.coli. Важным вопросом для изучения и последующего применения является установление возможности выделения молекул этого белка без разрушения клеток E.coli для формирования биогибридных структур.
Экспериментальная часть: Клетки кишечной палочки E.coli выращивались в условиях суперпродукции молекул белка бактериоферритина Dps, затем наносились на подложку фольги молибдена для проведения исследований методами электронной микроскопии и энергодисперсионного микроанализа. По данным о морфологии и элементном составе изучена возможность формирования молекул белка без разрушения клеток, с целью формирования биогибридных структур на их основе.
Выводы: Установлено, что в условиях суперпродукции белка молекулы бактериоферритина Dps вырабатываются клетками кишечной палочки E. coli с возможными выбросами заметного количества этого белка во внеклеточное пространство. Морфология самих клеток E. coli не претерпевает изменений в условиях суперпродукции и при вы- бросах белка. При добавлении соли Мора в культуральную жидкость белок, выделяемый во внеклеточное пространство, содержит заметное количество атомов железа, что может являться результатом формирования биогибридных структур молекулами бактериоферритина Dps. Полученные результаты демонстрируют возможный, простой и доступный способ формирования биогибридных структур, содержащих наночастицы системы железо-кислород, для использования в технологиях, среди которых адресная доставка наночастиц или функционализация доступных поверхностей
Скачивания
Библиографические ссылки
1. Nikandrov V. V. Inorganic semiconductors in biological and biochemical systems: biosynthesis, properties, and photochemical activity. Advances in biological chemistry. 2000;40: 357–396.
2. Behrens S. S. Synthesis of inorganic nanomaterials mediated by protein assemblies. Journal of Materials Chemistry. 2008;18: 3788–3798. https://doi.org/10.1039/B806551A
3. Biological and Bio-inspired Nanomaterials. Properties and Assembly Mechanisms. Sarah Perrett, Alexander K. Buell, Tuomas P. J. Knowles (eds.). Springer, Singapore; 2019. 440 p. https://doi.org/10.1007/978-981-13-9791-2.
4. Parinova E. V., Antipov S. S., Belikov E. A., ... Turishchev S. Yu. TEM and XPS studies of bio-nanohybrid material based on bacterial ferritin-like protein Dps. Condensed Matter and Interphases. 2022;24(2): 265–272. https://doi.org/10.17308/kcmf.2022.24/9267
5. Nazarovskaia D. A., Turishchev S. Yu., Titova S. S., Shatov A. A., Tyurin-Kuzmin P. A., Osminkina L. A. Photoluminescent properties of porous silicon nanoparticles: synthesis, characterization, and cellular imaging. Condensed Matter and Interphases. 2025;27(3): 422–432. https://doi.org/10.17308/kcmf.2025.27/13181
6. Antipov S. S., Pichkur E. B., Praslova N. V., ... Turishchev S. Yu. High resolution cryogenic transmission electron microscopy study of Escherichia coli Dps protein: first direct observation in quasinative state. Results in Physics. 2018;11: 926–928. https://doi.org/10.1016/j.rinp.2018.10.059
7. Antipov S., Turishchev S., Purtov Yu., ... Ozoline O. The Oligomeric Form of the Escherichia coli Dps Protein Depends on the Availability of Iron Ions. Molecules. 2017; 22(11): 1904. https://doi.org/10.3390/molecules22111904
8. Turishchev S. Yu., Antipov S. S., Novolokina N. V., ... Domashevskaya E. P. A soft X-ray synchrotron study of the charge state of iron ions in the ferrihydrite core of the ferritin Dps protein in Escherichia coli. Biophysics. 2016;61(5): 705–710. https://doi.org/10.1134/S0006350916050286
9. Parinova E. V., Antipov S. S., Sivakov V., ... Turishchev S. Yu. Photoluminescent properties of porou silicon nanoparticles: synthesis, characterization, and cellular imaging. Condensed Matter and Interphases. 2023; 25(2): 207–214. https://doi.org/10.17308/kcmf.2023.25/11102
10. Antipov S. S., Tutukina M. N., Preobrazhenskaya E. V., ... Ozoline O. N. The nucleoid protein Dps binds genomic DNA of Escherichia coli in a non-random manner. PLOS ONE. 2017;12(8): 1–27. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0182800
11. Hudson A. J., Andrews S. C., Hawkins C., ... Gues J. R. Overproduction, purification and characterization of the Escherichia coli ferritin. European journal of biochemistry. 1993;218(3): 985–995. https://doi.org/10.1111/j.1432-1033.1993.tb18457.x
12.Turishchev S.Yu., Marchenko D., Sivakov V., ... Antipov S.S. On the possibility of PhotoEmission Electron Microscopy for E. coli advanced studies. Results in Physics. 2020;16: 102821-1-3. https://doi.org/10.1016/j.rinp.2019.102821
13. Alvear-Daza J. J., García-Barco A., Osorio-Vargas P., Gutierrez-Zapata H. M., Sanabria J., Rengifo-Herrera J. A. Resistance and induction of viable but non culturable states (VBNC) during inactivation of E. coli and Klebsiella pneumoniae by addition of H2O2 to natural well water under simulated solar irradiation. Water Research. 2021;188(116499): 1–11. https://doi.org/10.1016/j.watres.2020.116499
14. He Q., Liu D., Guo M., ... Guo M. Antibacterial mechanism of ultrasound against Escherichia coli: Alterations in membrane microstructures and properties. Ultrasonics Sonochemistry. 2021;73(105509): 1–12. https://doi.org/10.1016/j.ultsonch.2021.105509
15. Sambrook J. Molecular cloning: a laboratory manual J. Sambrook, E. F. Fritsch, T. Maniatis (eds.). Cold Spring Harbor Laboratory Press; 1989. 1546 p.
Загрузки
Опубликован
Выпуск
Раздел
Лицензия
Copyright (c) 2026 Конденсированные среды и межфазные границы
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution» («Атрибуция») 4.0 Всемирная.
