Ученые выяснили, как на самом деле движутся бактерии: на это потребовалось 50 лет
В отличие от клеток животных, бактерии не двигают жгутиками из стороны в сторону, а вращают их как винт. Но этот процесс сложнее, чем кажется
Мы давно знаем, что бактерии используют маленький свернутый «хвост», называемый жгутиком, для движения. Однако детали того, как этот придаток изгибается, чтобы двигать их вперед, ускользали от нашего понимания – до сих пор.
Как движутся бактерии
В клетках животных жгутики работают подобно хвостам – они двигаются влево и вправо, продвигая свои тела вперед. Но клетки бактерий, и архей — третьего царства живого мира, имеют жгутики в форме штопора, которые не могут толкать клетку простым движением из стороны в сторону. Вместо этого эти маленькие спирали вращаются, как скрученный веретенообразный пропеллер. Его спирали, по-видимому, способны до некоторой степени растягиваться и сжиматься, позволяя микроорганизмам по-разному двигаться. Вращение также может менять направление.
Жгутики и бактерий, и архей состоят из одних и тех же повторяющихся субъединиц белка флагеллина. Однако тип флагеллина, обнаруженный в хвосте археи, больше похож на тот, который находится в другом типе структур бактерий — в пилях.
Авторы новой работы использовали криоэлектронную томографию для изучения молекулярной структуры жгутиковых нитей на почти атомном уровне у бактерий Escherichia coli и архей Saccharolobus islandicus. Они увидели, что у бактерий белковые нити могут существовать в 11 разных состояниях, а у архей — в 10 разных состояниях. Сочетание этих состояний заставляет структуру в целом сворачиваться в спиральную форму у обоих организмов, несмотря на различия в структуре белка.
Полученная сверхспиральная структура настолько стабильна, что может выдерживать напряжения кручения, сохраняя свою форму во время вращения, то есть до тех пор, пока жгутик не изменит направление вращения. У E. coli прямое плавание включает вращение против часовой стрелки. Но когда бактерии меняют направление вращения своего хвоста, силы, воздействующие на жгутики, изменяют его структуру, вытягивая одну или несколько нитей из их плотного пучка и ослабляя суперспирали, придавая им полуспиральную форму. Это меняет режим прямого плавания микроба и он начинает «кувыркаться» во время движения.