无机离子是生物生命活动所必须的元素，绝大多数生物需要金属离子参与代谢，以维持生物的主要生理功能。当生物暴露于高剂量或有毒的离子环境中，会激活基因、蛋白、亚细胞等多个尺度的解毒通路。其中，将金属离子转化为纳米粒子是一种独特的生物解毒策略，为材料组装开辟了绿色通道。无机离子与有机生命互作是一种低离子剂量和跨尺度体系，可视化金属离子诱导的亚细胞演变规律和生物合成纳米颗粒的3D分布仍然是一个挑战。
近日，中国科学技术大学国家同步辐射实验室田扬超研究员和田立娇副研究员课题组基于软X射线成像线站（BL07W），研究无机离子与有机生命互作过程中亚细胞响应和生物合成纳米金的空间分布，相关研究发表在国际学术期刊ACS Nano上。研究团队基于高通量、无损和高分辨的冷冻软X射线断层成像（cryo-SXT）技术，采集酵母的cryo-SXT图像，重建酵母胞内的细胞器3D结构和空间分布。通过形貌和线性吸收系数（LAC），鉴别出细胞器和纳米颗粒。基于cryo-SXT，研究团队揭示了金离子与酵母互作过程中，亚细胞水平响应规律：脂滴体积变大（图1）、线粒体发生断裂（图2）和液泡褶皱变形（图3）。此外，团队明确了生物合成的纳米金在酵母体内的空间定位和3D分布规律（图4）。本研究从亚细胞结构和空间定位的视角，明晰有机生命与无机离子互作机制。
图1：通过软X线断层成像观察金离子刺激的产朊假丝酵母脂滴（绿色）肿胀
图2：金离子诱导线粒体(黄色)数量和超微结构的改变
图3：金离子诱导酵母液泡结构改变及液泡内自噬结构的形成
图4：通过cryo-SXT揭示生物合成的金纳米颗粒(红色)在整个细胞中的空间定位。生物合成的金纳米颗粒分布在(a-b)周质空间(浅绿色)，(c)线粒体(浅黄色)，(d)囊泡(淡蓝色)。
博士研究生党政为本论文的第一作者，中国科学技术大学国家同步辐射实验室田扬超研究员和田立娇副研究员为本论文的共同通讯作者。本研究受到国家自然科学基金 (U2032148, 21907087, U2032157, 11775224), 国家重点研发计划(2017YFA0402904), 安徽省自然科学基金项目(1908085MB31)等项目资助。
（中国科学技术大学，国家同步辐射实验室）
原文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.2c12191
