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      藍(lán)藻研究檢查氮饑餓期間的細(xì)胞結(jié)構(gòu)

      利用非破壞性中子散射技術(shù),科學(xué)家們正在研究稱為藍(lán)細(xì)菌的單細(xì)胞生物如何產(chǎn)生氧氣并通過光合作用獲得能量。華盛頓大學(xué)圣路易斯分校和美國能源部(DOE)橡樹嶺國家實(shí)驗(yàn)室(ORNL)的合作者正在進(jìn)行一系列實(shí)驗(yàn),研究藻藍(lán)細(xì)胞中藻膽體 - 大天線蛋白復(fù)合物的行為- 使用Bio-SANS儀器,beamline CG-3,在實(shí)驗(yàn)室的高通量同位素反應(yīng)器(HFIR)。藻膽體收獲光以啟動(dòng)光合作用,更好地了解這一過程可以幫助研究人員設(shè)計(jì)出更有效的太陽能電池板和模仿自然系統(tǒng)的其他人工結(jié)構(gòu)。

      藍(lán)藻研究檢查氮饑餓期間的細(xì)胞結(jié)構(gòu)

      中子可以分析這些微妙的結(jié)構(gòu)而不會(huì)損壞或殺死它們,并且比其他技術(shù)(如顯微鏡)具有更高的空間精度。“通過Bio-SANS,我們可以在活細(xì)胞中實(shí)時(shí)看到納米級(jí)水平的變化,”ORNL研究員休·奧尼爾說。

      藻膽體附著于細(xì)胞膜,其中發(fā)生光合作用的光依賴性反應(yīng)。改變?cè)迥戵w的天線復(fù)合物可以在藍(lán)細(xì)菌中產(chǎn)生顯著且深遠(yuǎn)的影響。“我們有興趣修改這些天線系統(tǒng)并觀察由此產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)變化,”華盛頓大學(xué)的Michelle Liberton說。

      在此前訪問ORNL期間,該團(tuán)隊(duì)通過刪除細(xì)胞中的某些基因來人工改變?cè)迥戵w。這些修飾引起細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)缺陷和細(xì)胞生理學(xué)的其他劇烈變化。

      現(xiàn)在,他們通過使藍(lán)藻饑餓來自然地修改天線復(fù)合物,氮是一種對(duì)其基本功能必不可少的營養(yǎng)素。該耗盡過程導(dǎo)致天線尺寸減小,這又導(dǎo)致膜層中的顯著細(xì)胞重排和修改。

      這一系列事件的發(fā)生是因?yàn)榧?xì)胞分解了藻膽體,并將它們作為替代氮源來生存。“藻膽體天線復(fù)合物是細(xì)胞中大量微量營養(yǎng)素的存儲(chǔ),”Liberton解釋說。“當(dāng)復(fù)合物降解時(shí),細(xì)胞可以獲得它們無法再從環(huán)境中獲取的物質(zhì)。”

      通過確定這些變化的程度,該團(tuán)隊(duì)希望更好地理解細(xì)胞組織和自然修飾之間的結(jié)構(gòu) - 功能關(guān)系。通過將氮還原到細(xì)胞中可以立即逆轉(zhuǎn)這些過程。

      研究人員計(jì)劃將這些結(jié)果與其基因研究記錄的結(jié)果進(jìn)行比較,以探討人工和天然修飾之間的差異及其對(duì)藍(lán)細(xì)菌細(xì)胞內(nèi)組成的影響。

      這些研究結(jié)果支持光合天線研究中心(PARC),這是自2009年以來由華盛頓大學(xué)資助的能源部資助的能源前沿研究中心。該中心匯集了來自學(xué)術(shù)界和研究機(jī)構(gòu)(包括ORNL)的國際專家網(wǎng)絡(luò),以研究天線系統(tǒng)和它們?cè)诠夂献饔弥械淖饔谩?ldquo;從根本上講,這項(xiàng)研究與自然系統(tǒng)使用太陽能燈的效率有關(guān),”Bio-SANS儀器科學(xué)家和PARC合作者Volker Urban說。

      這些見解對(duì)于希望改善受自然界啟發(fā)的可持續(xù)技術(shù)的PARC貢獻(xiàn)者來說是非常寶貴的。

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