Baktērijas virzās uz priekšu, pagriežot garos, pavedienam līdzīgus piedēkļus spirālveida formās, kas darbojas kā pagaidu ventilatori.
Virdžīnijas Universitātes zinātnieki ir atrisinājuši gadu desmitiem vecu noslēpumu.
pētnieki no Virdžīnijas Universitāte Medicīnas skola un viņu kolēģi ir atrisinājuši sen pastāvošu noslēpumu par to, kā pārvietojas E. coli un citas baktērijas.
Baktērijas virzās uz priekšu, savijot savus garos, pavedienam līdzīgus galus spirālveida formās, kas darbojas kā pagaidu ventilatori. Tomēr, tā kā “fani” sastāv no viena proteīna, eksperti ir neizpratnē par to, kā tieši viņi to dara.
Lietu atrisināja starptautiska komanda Edvarda H. vadībā. Pētnieki izmantoja Cryo-EM tehnoloģiju un jaudīgu datormodelēšanu, lai atklātu to, ko nevar redzēt neviens parasts optiskais mikroskops: šo propelleru neparasto struktūru atsevišķu atomu līmenī.
“Lai gan modeļi ir pastāvējuši jau 50 gadus, kā šie pavedieni veido tik regulāras tītas formas, mēs tagad esam noteikuši šo pavedienu struktūru atomu detaļās,” sacīja Ēglmens no UVA Bioķīmijas un molekulārās ģenētikas katedras. “Mēs varam parādīt, ka šie modeļi bija nepareizi, un mūsu jaunā izpratne palīdzēs bruģēt ceļu tehnoloģijām, kuru pamatā varētu būt šādas miniatūras dzenskrūves.”
Edvards H. Īglmens, PhD no Virdžīnijas Universitātes Medicīnas skolas, un viņa līdzstrādnieki ir izmantojuši krioelektronu mikroskopiju, lai atklātu, kā baktērijas pārvietojas, izbeidzot vairāk nekā 50 gadus ilgušo noslēpumu. Ēglmena iepriekšējie fotografēšanas darbi ir ļāvuši viņam pievienoties prestižajai Nacionālajai Zinātņu akadēmijai, kas ir viens no augstākajiem apbalvojumiem, ko zinātnieks var saņemt. Kredīts: Dens Addisons | Virdžīnijas Komunikāciju universitāte
Baktēriju “superprofilu” diagrammas
Dažādām baktērijām ir viens vai vairāki piedēkļi, kas pazīstami kā flagellas vai daudzskaitlī, flagellas. Žogs sastāv no tūkstošiem apakšvienību, kuras visas ir identiskas. Jūs varētu iedomāties, ka šāda aste būtu taisna vai vismaz nedaudz izliekta, taču tā neļaus baktērijām kustēties. Tas ir saistīts ar faktu, ka šādas formas nevar radīt impulsu. Lai baktērijas virzītu uz priekšu, ir nepieciešams rotējošs, slēdzim līdzīgs ventilators. Zinātnieki šīs formas izstrādi sauc par “super-vērpšanu”, un tagad viņi zina, kā baktērijas to dara pēc vairāk nekā 50 gadu pētījumiem.
Eagleman un kolēģi atklāja, ka proteīns, kas veido flagellum, var pastāvēt 11 dažādos stāvokļos, izmantojot krio-EM. Atslēgas formu veido precīza šo stāvokļu kombinācija.
Ir zināms, ka baktēriju ventilators ir diezgan atšķirīgs no līdzīgiem ventilatoriem, ko izmanto vienšūnu sirds organismi, ko sauc par arhejām. Arhejas ir sastopamas dažās ekstrēmākajās vidēs uz zemes, piemēram, gandrīz vārošos dīķos.[{” attribute=””>acid, the very bottom of the ocean and in petroleum deposits deep in the ground.
Egelman and colleagues used cryo-EM to examine the flagella of one form of archaea, Saccharolobus islandicus, and found that the protein forming its flagellum exists in 10 different states. While the details were quite different than what the researchers saw in bacteria, the result was the same, with the filaments forming regular corkscrews. They conclude that this is an example of “convergent evolution” – when nature arrives at similar solutions via very different means. This shows that even though bacteria and archaea’s propellers are similar in form and function, the organisms evolved those traits independently.
“As with birds, bats, and bees, which have all independently evolved wings for flying, the evolution of bacteria and archaea has converged on a similar solution for swimming in both,” said Egelman, whose prior imaging work saw him inducted into the National Academy of Sciences, one of the highest honors a scientist can receive. “Since these biological structures emerged on Earth billions of years ago, the 50 years that it has taken to understand them may not seem that long.”
Reference: “Convergent evolution in the supercoiling of prokaryotic flagellar filaments” by Mark A.B. Kreutzberger, Ravi R. Sonani, Junfeng Liu, Sharanya Chatterjee, Fengbin Wang, Amanda L. Sebastian, Priyanka Biswas, Cheryl Ewing, Weili Zheng, Frédéric Poly, Gad Frankel, B.F. Luisi, Chris R. Calladine, Mart Krupovic, Birgit E. Scharf and Edward H. Egelman, 2 September 2022, Cell.
DOI: 10.1016/j.cell.2022.08.009
The study was funded by the National Institutes of Health, the U.S. Navy, and Robert R. Wagner.
