Ето как всъщност плуват бактериите
Изследователи надникнаха през високотехнологичен микроскоп към ненадейно замразени протеини и позволиха 50-годишната тайнственост на метода, по който бактериите и техните антични врагове – археите – действително плуват.
Отдавна знаем, че те употребяват дребна навита „ опашка “, наречена флагелум, само че детайлности за метода, по който този тумор действително придобива въпросната характерна форма, с цел да ги избутва напред, бе неразбираем. Досега.
В животинските кафези флагелумът действа по метод, подобен с опашките, които познаваме – той се върти наляво-надясно и избутва тялото напред. Но клетките на бактериите, както и тези на третото притежание на живота – едноклетъчните археи – разполагат с флагелум с формата на тирбушон, който не може да генерира подтик само и единствено със странични придвижвания.
Всъщност тези дребни навити опашки се извиват като самобитно витло. Тяхната извита конструкция, наподобява, може да се разтяга и свива съвсем като играчката слинки, което разрешава на микробите да основават разнообразни форми на вълната посредством своите ротации. Тези ротации могат да трансформират и посоката.
Флагелумът и на бактериите, и на археите са формирани от едни и същи повтарящи се подединици от протеина флагелин. Типът флагелин обаче, който се среща в опашката на археите, е по-сходен с различен вид клетъчен тумор, който откриваме в бактерията, наречена пили.
Структурните разлики на флагелума при бактериите и археите. Източник: Kreutzberger et al., Cell, 2022.
Биофизикът Марк Кройцбергер от Университета на Вирджиния и неговите сътрудници употребяват крио-електронна томография, с цел да проучат молекулярната конструкция на нишките на флагеулма на субатомно равнище в сходната на пръчка бактерия Escherichia coli и археята Saccharolobus islandicus.
Те откриват, че при бактерията протеиновите влакна могат да съществуват в 11 разнообразни положения, до момента в който при археите – в 10. Благодарение на комбинацията от тези положения структурата като цяло съумява да се извие по гореспоменатия характерен метод и при двата микроба (въпреки разликите в структурата на протеина).
Образуваната вследствие на това конструкция вид супернамотка е толкоз постоянна, че може да устои на напрежението, оказван от усукването, и да резервира извитата си форма, до момента в който се върти – най-малко до момента в който флагелумът не промени посоката си на въртене.
При E. coli плуването право напред се реализира тогава, когато флагелумът се върти назад по часовниковата стрелка. Но когато бактерията промени посоката на въртене на своята опашка, силите, които оказват въздействие върху флагелума, трансформират структурата му и разхлабват супернамотката, която към този момент има по-скоро къдрава форма. Това от своя страна трансформира и посоката на плуване.
Източник: Kreutzberger et al., Cell, 2022
Тези промени, подбудени от посоката на въртене, не се следят при археите, въпреки че когато учените трансформират средата, в която се намират (като прибавят соли или киселини), те повлияват и на структурата на флагелума.
Да, бактериите и археите имат разнообразни структури и са еволюирали без значение. Въпреки това природата е основала флагелума и на двата организма по подобен метод, че да има една и съща форма и функционалност – един прелестен образец за конвергентна еволюция.
Птиците, прилепите и пчелите летят благодарение на крила, еволюирали самостоятелни едни от други. Същото е и при бактериите и археите – еволюцията се е спряла над сходно решение, което да разреши и на двата организма да плуват, изяснява биохимикът Едуард Егелман от Университета на Вирджиния.
„ Нашите нови открития ще проправят път за технологии, които могат да бъдат основани на сходни дребни витла “, добавя той.
Изследването е оповестено в Cell.
Източник: Science Alert
