Ученые разгадали загадку движения бактерий

На это ушло 50 лет.

Ученым давно известно, что клетки животных, бактерии и археи (одноклеточные организмы) используют волокнистые придатки, называемые жгутиком, для движения. Однако то, как именно происходит этот процесс ранее оставалось загадкой для исследователей. До этого времени, пишет Science Alert (перевод - «Фокус»).

Ученым потребовалось полвека, чтобы понять, что эволюция бактерий и архей сошлась на одном и том же месте для решения задачи по плаванию. К таким выводам пришли биофизик из Университета Вирджинии Марк Кройцбергер и его коллег.

Исследователи уже знают, как жгутики работают в клетках животных — они попросту раскачиваются из стороны в сторону, чтобы двигать свое тело. Однако жгутики бактерий и архей имеют совершенно иную форму и потому не могут передвигаться с помощью таких же движений — их «хвосты» штопороподобной формы.

В ходе исследования они изучили криоэлектронную томографию бактерий и архей, а именно молекулярную структуру их жгутиковых тканей. Ученые заметили, что крохотные спиралевидные жгутики вращаются, будто заведенные пропеллеры. И это еще не все. Ученые заметили, что «хвосты» бактерий и архей, по видимому, способны сжиматься и растягиваться, создавая различные формы, а также менять направление движений жгутиков.

Ученые также обнаружили, что и бактерии, и «хвосты» архей состоят из одних и тех же нитей белка — флагеллина. Впрочем они не были идентичными. Исследователи также обнаружили, что белковые нити могут находиться в совершенно различных состояниях — у бактерий таких состояний насчитали 11, у архей — 10. Именно сочетание этих состояний и заставляет структуру в целом скручиваться в спиральную форму и работать подобно маленькому пропеллеру. И это не смотря на отличия в структуре белка бактерий и архей.

Любопытно, что у кишечной палочки прямолинейное плавание происходит посредством вращения против часовой стрелки. Когда бактерии необходимо сменить направление вращения жгутика, силы воздействующие на «хвост» фактически меняют его структуру — несколько или одна нить из плотного пучка выкручиваются и ослабляют супер спираль. В результате это меняет режим плавания микроба — происходит кувырок с вращением хвоста вправо.

При этом подобных изменений не наблюдалось у архей. Структура их жгутиков менялась посредством изменения условий окружающей среды — например повышение соли или кислоты.

Ученые считают, что их открытие в дальнейшем позволит изучить новые технологии, основанные на таких крохотных пропеллерах, как эти жгутики.