Кремнистые панцири диатомей являются основным компонентом отложений, прокрывающих обширные площади морского дна. Мы применили метод высокоэффективной жидкостной хроматографии с ионизацией электрораспылением и тандемной масс-спектрометрией (HPLC-ESI-MSn) в условиях времяпролётного масс-спектрометрирования высокого разрешения (high resolution time-of-flight MS, TOF-MS), а также спектроскопию ядерного магнитного резонанса (NMR) и инфракрасную Фурье спектроскопию (FTIR) для того, чтобы изучить распространение и молекулярное разнообразие длинноцепных полиаминов (LCPAs), заключённых в осадочном диатомовом биокремнезёме в отложениях из индийскоко сектора Южного океана, Берингова моря и северо-востока Тихого океана. Это исследование показало существование сложных совокупностей полиаминов как с известными, так и неизвестными структурными особенностями, включая присутствие кетонных групп и групп карбоновых кислот в основной цепи (backbone) LCPA, функциональных групп, которые, вероятно, модулируют способности LCPA осаждать кремнезём в окружающей среде, и которые могут создавать точки начального отложения кремнезёма (Wallace, A.F., De Yoreso, J.J., Dove, P.M., 2009. Kinetics of silica nucleation on carboxy- and amine-terminated surfaces: insights for biomineralization. Journal of the American Chemical Society 131, 5244-5250). Хотя различные разновидности LCPA из различных образцов частично совпадают (LCPAs на основе путресцина с различными степенями метилирования и повторяющимися N-метилпропиламинными звеньями присутствовали во всех образцах), показаны чёткие региональные различия по составу и структурным характеристикам, вероятно отражающие различные виды диатомей, внёсших свой вклад в общую совокупность LCPA в каждой осадочной среде. Далее мы показываем, используя сканирующую электронную микроскопию с энергодисперсионным рентгеновским анализом (SEM-EDX), что LCPAs, выделенные из панцирей диатомей, быстро переориентируют образование кремнистых наносфер in vitro и встраиваются в осаждённую силифицированную матрицу, образуя композитный материал LCPA-кремнезём. Эти результаты показывают, что алифатические полиамины, выработанные диатомеями для морфогенеза собственных клеточных стенок, широко распространены в отложениях, в которых сохраняются ископаемые панцири. Эти недавно установленные компоненты являются полезными биологическими маркерами включения диатомей в отложения.

Рис. 1. (A) HPLC-MS хроматограмма основных пиков (BPC), показывающая распределение длинноцепных полиаминов в отложениях с континентального шельфа северо-востока Тихого океана (CMS); (B) масс спектры, усреднённые по временному диапазону элюирования (21-35 мин) LCPA.

Рис. 7. HSQC ЯМР (A) 1H, (B) 13C и (C) 2D 1H-13C спектры смеси, очищенной CMS-LCPA. Сигналы от протонированных и непротонированных форм отмечены непротонированными структурами, в случае, когда разделение сигналов невозможно.

Рис. 9. Данные СЭМ (A) и (B), показывающие осаждённые наносферы кремнезёма, образованного в присутствии смеси осадочных LCPAs, проэкстрагированных и очищенных из керна донных отложений ELT27-23. Осадки получены в 30 мМ фосфвтном буфере (pH 6.8), время реакции 10 мин. (C) Элементный состав структур кремнистых наносфер, определённый методом EDXA. Сигналы Al и Pt вызваны держателем образца.