PNAS (IF=11.205)  2011-02-22

美国乔治亚州技术研究所 Nils Kroger课题组

硅藻是一种真核微藻，具有物种特异性结构的二氧化硅细胞壁。硅藻中复杂二氧化硅结构的形成被视为由生物大分子控制的三维结构自组装的范例。二氧化硅的形成涉及长链多胺和silaffin蛋白,它们易溶于水，并自发形成动态超分子组装，加速二氧化硅沉积并影响体外二氧化硅的形态发生。然而，仅通过这两类组分进行的类似硅藻二氧化硅结构的体外合成尚未完成，这表明还有许多组分需要挖掘。本文介绍了六种新型蛋白质的发现 (扣带蛋白cingulins) 和细胞内定位。这些新型蛋白是硅藻伪矮海链藻Thalassiosira pseudonana 中与二氧化硅形成相关的微环的组成部分，具有特征性的纳米图案，并具有形成二氧化硅的活性。含有扣带蛋白的微环定位在硅藻细胞壁的环带区域（如上图所示），该区域由多个独立但重叠的二氧化硅环组成，而环带是硅藻形成生物二氧化硅非常重要的组成部分。值得注意的是，单个微环表现出的基于蛋白质的纳米图案非常类似于环带（girdle bands）二氧化硅纳米图案的特征。且添加硅酸后，微环能够在体外迅速矿化，产生微环结构的纳米图案二氧化硅。同时，在硅藻Coscinodiscus wailesii 中也发现了具有形成特征纳米图案二氧化硅的有机基质，这表明预先组装的基于蛋白质的模板可能是硅藻中二氧化硅形态发生的细胞机制的常规组成部分。这些数据为生物二氧化硅形态发生的分子机制提供了全新的见解，有助于自组装 3D 矿物质蛋白支架的发展，该支架具有设计的纳米图案，可用于纳米技术的许多应用。

原文链接：Nanopatterned protein microrings from a diatom that direct silica morphogenesis

 https://doi.org/10.1073/pnas.1012842108