Ученые нашли в бактериях механизм, аналогичный сцеплению в автомобилях

Ученые нашли в бактериях автомобильное сцепление

Ученые-микробиологи, изучавшие бактерию Bacillus subtilis, доказали, что она использует механизм, аналогичный сцеплению в автомобилях. Свою работу исследователи опубликовали в журнале Science.

Bakterii_Sceplenie.jpg

Bacillus subtilis, или сенная палочка, – это подвижная бактерия, использующая жгутик в качестве мотора. Жгутик совершает вращательные движения, толкая бактериальную клетку вперед. Механизм, обеспечивающий движения жгутика, ученые знали давно, однако принцип торможения до сих пор был непонятен. Ученые под руководством Дэниэла Кернса (Daniel Kearns) из Университета Индианы открыли этот принцип случайно.

Они занимались изучением генов, которые побуждают одиночных бактерий объединяться в большие группы и образовывать так называемые биопленки. Если B. subtilis в биопленках будут продолжать движения жгутиком, то их стабильность может быть нарушена. Ученые искали гены, которые регулируют изменение активностью жгутика при формированием биопленки. Они установили, что продукт одного из генов – белок EpsE – подавляет движения бактериального «мотора».

  • Исследователи предложили два возможных механизма, объясняющих работу EpsE. Один из них соответствовал работе тормоза, когда неподвижная часть соединяется с подвижной и блокирует ее работу. Второй механизм предполагал, что EpsE действует по принципу автомобильного сцепления: отсоединяет одну подвижную часть от другой. В последнем случае жгутик может продолжать вращаться, однако бактерия не будет двигаться вперед.

Чтобы определить, какая из гипотез является правильной, ученые решили пойти по принципу «хвост виляет собакой». Они закрепили свободный конец жгутика на стеклянной пластине и изучали, как будет двигаться бактериальная клетка в присутствии и отсутствии белка EpsE. Когда он отсутствовал, клетка совершала один оборот каждые пять секунд. При наличии EpsE клетка, не совершая регулярных движений, пассивно колебалась под воздействием случайных возмущений окружающей среды.

  • Понимание механизмов работы жгутика подвижных бактерий может оказаться полезным для нанотехнологий. Жгутиковый мотор является чрезвычайно эффективным устройством: жгутик B. subtilis может совершать более 200 колебаний в секунду. С его помощью бактериальный «автомобиль» развивает мощность в многие десятки «лошадиных сил».

http://lenta.ru/…6/20/clutch/

Бактерии, как и автомобили, имеют «сцепление», утверждают ученые

МОСКВА, 20 июн – Биологи из Гарварда и университета Индианы нашли общую черту автомобилей и бактерий: и у тех, и у других есть сцепление – устройство, которое может отключать и подключать двигатель от приводящих их в движение частей. Об этом ученые сообщают в статье, опубликованной в журнале Science.

Биолог Крис Блэр (Kris Blair) из Индианы и его коллеги идентифицировали белок, который работает как сцепление для «мотора», приводящего в движение жгутик бактерии: похожая на хвост структура позволяет многим микроорганизмам двигаться в жидкой среде.

  • «Сцепление» выключает вращение жгутика, останавливая бактерии, когда они собираются в так называемые биопленки – гигантские колонии бактерий, которые могут образовываться почти на любой поверхности – от зубов до водопроводных труб, и играют важнейшую роль в распространении многих инфекционных заболеваний.

Открытие также может дать исследователем в сфере нанотехнологий идеи, как управлять нанодвигателями их собственного производства.

  • Ученые уже давно знали, что заставляет жгутики бактерий вращаться, но что их останавливает – временно или на долгий срок – было неизвестно.
Kearns_D.jpg

Daniel Kearns

«Мы думаем, что это невероятно круто, что бактерии в процессе эволюции и человеческие инженеры пришли к схожему решению», – говорит руководитель исследовательского проекта Дэниэл Кирнс (Daniel Kearns) из Индианы, слова которого приводятся в сообщении университета.

  • Маленький, но мощный двигатель, который позволяет бактерии Bacillus subtilis двигаться сквозь жидкость, может быть отключен от штопорообразного жгутика с помощью белковой молекулы-сцепления.

Действие белка EpsE, который обнаружили исследователи, очень похоже на принцип работы автомобильного сцепления. В автомобиле сцепление контролирует, соединен ли двигатель с частями, которые вращают колеса. Когда двигатель и колеса отсоединены друг от друга, машина может продолжать двигаться, но только по инерции.

Молекула EpsE «садится», по словам Кирнса, на ротор жгутика – кольцевую структуру в его основании. Взаимодействие EpsE с белковой молекулой-ротором, которая называется FliG, меняет ее форму, что приводит к отключению жгутика от «мотора», который работает благодаря перемещению протонов.

Открытие белка EpsE и его функций произошло случайно. Кирнс и его коллеги пытались узнать больше о генах, которые заставляют отдельную клетку Bacillus subtilis прекратить одиночное путешествие и присоединиться к гигантской бактериальной коммуне – биопленке. Стабильность таких пленок может быть нарушена «гиперактивными» бактериями, которые продолжают двигать жгутиками.

«Мы пытались выяснить, как соотносятся способность бактерий двигаться и процесс формирования биопленок. Мы искали гены, которые определяют – двигаться клетке или оставаться в покое. Хотя Bacillus subtilis безвредна, биопленки часто содержат инфекционные и патогенные микроорганизмы. Понимание процесса формирования биопленок может оказаться полезным в борьбе с бактериальными инфекциями», – говорит Кирнс.

Когда ученые обнаружили, что молекулы EpsE участвуют в прекращении движения жгутика, они предложили два возможных объяснения механизма их работы.

  • Первый предполагал, что EpsE работает как тормоз, зажимающий движущуюся деталь.
  • Другой – что EpsE может функционировать, как сцепление, отключающее одну движущуюся часть от другой. Во втором случае жгутик может продолжать двигаться, но исключительно под внешним воздействием.

Чтобы определить, какая из гипотез правильна, ученые решили позволить «хвосту вилять собакой». Они присоединили концы жгутиков бактерий к предметному стеклу и изучили движение всей клетки в отсутствие и в присутствии EpsE.

В отсутствие белка EpsE клетка вращалась пять секунд, а при наличии этого белка клетка останавливалась, но могла вращаться пассивно, за счет возмущений в жидкости, вызванных броуновским движением. Если бы EpsE работал как тормоз, клетка не смогла бы вращаться совсем.

  • Исследователи также выяснили, что, когда клетка начинает производить белок EpsE, требуется около 15 минут, прежде чем механизм вращения жгутика отключится.

Жгутики приводятся в движение самым маленьким, но самым мощным природным мотором – так у Bacillus subtilis жгутик вращается с частотой более 200 раз в секунду.

http://www.rian.ru/…1480714.html

Microscopic «Clutch» Puts Flagellum in Neutral

http://transcoder.usablenet.com/…ews_summ.jsp?…

A Molecular Clutch Disables Flagella in the Bacillus subtilis Biofilm

http://www.sciencemag.org/…20/5883/1636

Ну что ж, замечательное открытие. Возможно, с помощью этого механизма учёным когда-нибудь удастся наладить процесс сборки какого-то «нано-сооружения», строительные материалы для которого и будут «подвозить» эти «грузовички». Возможно, будут придуманые ещё какие-то другие способы его использования. В любом случае явление это очень интересное и наверняка перспективное для целей практического применения…



Категории статьи