A Selective, Protein-Based Fluorescent Sensor with Picomolar Affinity for Rare Earth Elements

化学 荧光 周质间隙 生物物理学 阿奎林 铁载体 灯1 生物化学 基因 膜蛋白 大肠杆菌 生物 量子力学 细胞内 物理
作者
Joseph A. Mattocks,Jackson V. Ho,Joseph A. Cotruvo
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:141 (7): 2857-2861 被引量:138
标识
DOI:10.1021/jacs.8b12155
摘要

Sensitive yet rapid methods for detection of rare earth elements (REEs), including lanthanides (Lns), would facilitate mining and recycling of these elements. Here we report a highly selective, genetically encoded fluorescent sensor for Lns, LaMP1, based on the recently characterized protein, lanmodulin. LaMP1 displays a 7-fold ratiometric response to all LnIIIs, with apparent Kds of 10-50 pM but only weak response to other common divalent and trivalent metal ions. We use LaMP1 to demonstrate for the first time that a Ln-utilizing bacterium, Methylobacterium extorquens, selectively transports early Lns (LaIII-NdIII) into its cytosol, a surprising observation as the only Ln-proteins identified to date are periplasmic. Finally, we apply LaMP1 to suggest the existence of a LnIII uptake system utilizing a secreted metal chelator, akin to siderophore-mediated FeIII acquisition. LaMP1 not only sheds light on Ln biology but also may be a useful technology for detecting and quantifying REEs in environmental and industrial samples.
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