Biomineralization
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Magnetotaktische Bakterien biomineralisieren zur Magnetfeldorientierung intrazellulär hochgeordnete Kristalle des magnetischen Minerals Magnetit (Fe3O4). Die strikte biologische Kontrolle resultiert in ungewöhnlichen kristallinen und magnetischen Eigenschaften die bakterielle Magnetosomen für biomedizinische und nanotechnologische Anwendungen attraktiv machen. Allerdings waren die Teilschritte und biologischen Konstituenten der bakteriellen Magnetitbiomineralisation bis vor kurzem weitgehend unverstanden. Das Ziel dieses Projekts bestand daher in einem verbesserten Verständnis der Steuerungsmechanismen der bakteriellen Biomineralisation sowie der Identifizierung und Charakterisierung von biomineralisationsaktiven Proteinen. Anhand von kontrollierten Induktionsversuchen gelang die räumlich und zeitlich aufgelöste Analyse der bakteriellen Magnetosomenbiomineralisation sowie die Identifizierung von möglichen mineralischen Intermediaten bzw. Präkursoren im Modellbakterien Magnetospirillum gryphiswaldense. Mittels bioinformatischer Analysen wurden eine Reihe von Kandidatengenen und –proteinen identifiziert, deren in vivo Funktion mittels genetischer Untersuchungen untersucht wurde. Weiterhin wurde ein Magnetit-Kristallisationsassays etabliert und optimiert, der die in vitro Untersuchung dieser Biomineralisationsproteine sowie die spätere biomimetische Rekonstitution der Magnetosomenbildung ermöglicht.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- 2006. An acidic protein aligns magnetosomes along a filamentous structure in magnetotactic bacteria. Nature 440:110-4
Scheffel, A., M. Gruska, D. Faivre, A. Linaroudis, P. L. Graumann, J. M. Plitzko, and D. Schüler
- 2007. Cation site occupancy of biogenic, chemical and natural magnetites determined by X-ray magnetic circular dichroism European Journal of Mineralogy 19:707-716
Coker, V. S., C. I. Pearce, C. Lang, G. van der Laan, R. A. Pattrick, N. D. Telling, D. Schüler, and J. R. Lloyd
- 2007. Comparative genome analysis of four magnetotactic bacteria reveals a complex set of group-specific genes implicated in magnetosome biomineralization and function. J. Bacteriol. 189:4899-910
Richter, M., M. Kube, D. A. Bazylinski, T. Lombardot, F. O. Glöckner, R. Reinhardt, and D. Schüler
- 2007. Intracellular Magnetite Biomineralization in Bacteria Proceeds via a Distinct Pathway Involving Membranebound Ferritin and Ferrous Iron Species. Angew. Chemie Int. Edition 46:8647-8652
Faivre, D., L. Böttger, B. Matzanke, and D. Schüler
- 2008. Environmental parameters affect the physical properties of fast-growing magnetosomes. American Mineralogist 93:463-469
Faivre, D., N. Menguy, M. Posfai, and D. Schüler
- 2008. Herstellung von bakteriellen magnetischen Nanopartikeln definierter Grösse durch kontrollierte Expression der Magnetosomenproteine MamGFDC. Europäisches Patent EP 07019965.8
Schüler, D., and A. Scheffel
- 2008. The major magnetosome proteins MamGFDC are not essential for magnetite biomineralization in Magnetospirillum gryphiswaldense, but regulate the size of magnetosome crystals J. Bacteriol. 190:377-386
Scheffel, A., A. Gärdes, K. Grünberg, G. Wanner, and D. Schüler
