Локализация молекул белка Dps E.coli в матрице нитевидного кремния по данным растровой электронной микроскопии и рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии
Аннотация
Работа посвящена исследованиям особенностей морфологии и её взаимосвязи с составом поверхности и внутренней части массивов нитевидного кремния в результате совмещения с наноматериалом природного происхождения – бактериальным ферритинподобным белком Dps.
Нитевидный кремний формировался методом жидкофазного металл-ассистированного химического травления.
Для получения рекомбинантного белка в качестве продуцентов использовались клетки Escherichia coli BL21*(DE3), а очистку осуществляли хроматографически. Совмещение нитевидного кремния с молекулами белка проводилось путем его наслаивания в лабораторных условиях с последующим высушиванием. Полученный в результате гибридный материал изучался методом растровой электронной микроскопии и рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии.
Исходные массивы нитевидного кремния имеют резкие границы в поверхностной части. Диаметр нитей кремния составляет около 100 нм, в то время как расстояния между нитями могут варьироваться в широких пределах, достигая нескольких сотен нанометров или быть менее 100 нанометров, в зависимости от условий формирования, при отсутствии заметных переходных слоев. Формируемые таким образом поры доступны для заполнения белком при осаждении.
Продемонстрирована эффективность применения метода растровой электронной микроскопии для изучения морфологии гибридного материала "нитевидный кремний – бактериальный белок Dps" и метода рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии совместно с ионным травлением для изучения состава и физико-химического состояния. Взаимодополняющими результатами показано, что молекулярная культура, представляющая собой раствор олигомеров рекомбинантного белка Dps бактериальных клеток E.coli, может проникать вглубь пор нитевидного массива, обладающего чрезвычайно развитой поверхностью. Продемонстрирована возможность управлять наполнением массивов нитевидного кремния при варьировании морфологии пор и иных режимов формирования структур, их поверхности.
Полученные данные могут быть использованы при проработке возможностей функционализации развитой поверхности кремниевых нитей путем их управляемого покрытия при контролируемой доставке биогибридного материала.
Скачивания
Литература
Osminkina L. A., Gongalsky M. B., Motuzuk A. V., Timoshenko V. Y., Kudryavtsev A. A. Silicon nanocrystals as photo- and sono-sensitizers for biomedical applications. Applied Physics B. 2011;105: 665–668. https://doi.org/10.1007/s00340-011-4562‑8
Harrison P. M., Arosio P. The ferritins, molecular properties, iron storage and cellular regulation. Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Bioenergetics. 1996;1275(3): 161−203. https://doi.org/10.1016/0005-2728(96)00022-9
Sivakov V. A., Brönstrup G., Pecz B., Berger A., Radnoczi G. Z., Krause M., Christiansen S. H. Realization of vertical and zigzag single crystalline silicon nanowire architectures. The Journal of Physical Chemistry C. 2010;114: 3798–3803. https://doi.org/10.1021/jp909946x
Lo Faro M. J., Leonardi A. Al., D’Andrea C., … Irrera A. Low cost synthesis of silicon nanowires for photonic applications. Journal of Materials Science: Materials in Electronics. 2020;31: 34–40. https://doi.org/10.1007/s10854-019-00672-y
Ming T., Turishchev S., Schleusener A., … Sivakov V. Silicon suboxides as driving force for efficient light-nhanced hydrogen generation on silicon nanowires. Small. 2021;17(8): 2007650. https://doi.org/10.1002/smll.202007650
Parinova E. V., Antipov S. S., Sivakov V., … Turishchev S. Yu. Dps protein localization studies in nanostructured silicon matrix by scanning electron microscopy. Condensed Matter and Interphases. 2021;23(4): 644–648. https://doi.org/10.17308/kcmf.2021.23/3741
Parinova E. V., Antipov S. S., Belikov E. A., Chuvenkova O.A., Kakuliia I.S., Koyuda D.A., Trebunskikh S.Yu., Skorobogatov M.S., Chumakov R.G., Lebedev A.M., Sinelnikov A.A., Artiuhov V.G., Ovchinnikov O.V., Smirnov M.S., Turishchev S.Iu. 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
Parinova E. V., Antipov S. S., Belikov E. A., Kakuliia I. S., Trebunskikh S. Y., Turishchev S. Y., Sivakov V. Localization of DPS protein in porous silicon nanowires matrix. Results in Physics. 2022;35: 105348. https://doi.org/10.1016/j.rinp.2022.105348
Antipov S., Turishchev S., Purtov Yu., … Ozoline O. The oligomeric form of the Escherichia coli Dps 3 protein depends on the availability of iron ions. Molecules. 2017;22(11): 1904. https://doi.org/10.3390/molecules22111904
Zhang Y., Fu J., Chee S. Y., Ang E. X., Orner B. P. Rational disruption of the oligomerization of the miniferritin E. coli DPS through protein–protein interface mutation. Protein Science. 2011;20(11): 1907–1917. https://doi.org/10.1002/pro.731
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
Lebedev A. M., Menshikov K. A., Nazin V. G., Stankevich V. G., Tsetlin M. B., Chumakov R. G.. NanoPES photoelectron beamline of the Kurchatov Synchrotron Radiation Source. Journal of Surface Investigation: X-ray, Synchrotron and Neutron Techniques. 2021;15(5): 1039–1044. https://doi.org/10.1134/s1027451021050335
John F. Moulder handbook of X-ray photoelectron spectroscopy. Published by Perkin-Elmer Corporation Physical Electronics Division 6509 Flying Cloud Drive Eden Prairie, Minnesota 55344 United States of America; 1992.
Handbook of the elements and native oxide. XPS International, Inc.; 1999.
srdata.nist.gov/xps
Turishchev S. Yu., Chuvenkova O. A., Parinova E. V., … Sivakov V. XPS investigations of MOCVD tin oxide thin layers on Si nanowires array. Results in Physics. 2018;11: 507-509. https://doi.org/10.1016/j.rinp.2018.09.046
Hüfner S. Very high resolution photoelectron spectroscopy. In: Lecture Notes in Physics. Berlin Heidelberg: Springer; 2007. https://doi.org/10.1007/3-540-68133-7
Copyright (c) 2023 Конденсированные среды и межфазные границы
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution» («Атрибуция») 4.0 Всемирная.
