Raziskovalci Medicinske fakultete Univerze v Virginiji in njihovi sodelavci so razrešili desetletja staro skrivnost, kako se bakterije E. coli in druge bakterije lahko premikajo.
Ugotovili, kako se premikajo bakterije E. coli
Bakterije se premikajo naprej tako, da dolge nitaste priveske zvijejo v oblike štorovk, ki delujejo kot improvizirani propelerji. Toda kako točno to počnejo, je znanstvenike zmedlo, saj so ti propelerji narejeni iz ene same beljakovine.
Mednarodna ekipa pod vodstvom doktorja Edwarda H. Egelmana z Univerze v Amsterdamu (UVA), vodilnega na področju visokotehnološke krioelektronske mikroskopije (krioEM), je to razvozlala. Raziskovalci so razkrili tisto, česar ni bilo mogoče videti z običajnim svetlobnim mikroskopom: nenavadno strukturo teh propelerjev na ravni posameznih atomov.
»Medtem ko so 50 let obstajali modeli, kako bi lahko te nitke tvorile tako pravilne zvite oblike, smo zdaj določili strukturo teh nitk v atomskih podrobnostih,« je dejal Egelman z Oddelka za biokemijo in molekularno genetiko UVA. »Lahko dokažemo, da so bili ti modeli napačni, naše novo razumevanje pa bo pomagalo utreti pot tehnologijam, ki bi lahko temeljile na takšnih miniaturnih propelerjih.«
Načrti za dodatno zvitje bakterij
Različne bakterije imajo enega ali več priveskov, znanih kot bički. Biček je sestavljen iz več tisoč podenot, vendar so vse te podenote popolnoma enake. Morda bi si mislili, da bi bil tak rep raven ali v najboljšem primeru nekoliko upogljiv, vendar se bakterija zaradi tega ne bi mogla premikati. Takšne oblike namreč ne morejo ustvariti potiska. Za potiskanje bakterije naprej je potreben vrteči se propeler, podoben izvijaču. Znanstveniki takšno obliko imenujejo dodatno zvitje in zdaj, po več kot 50 letih, razumejo, kako bakterije to počnejo.
Egelman in njegova ekipa so z uporabo krioelektronske elektroencefalografske metode ugotovili, da lahko beljakovina, ki sestavlja biček, obstaja v 11 različnih stanjih. Natančna mešanica teh stanj je tista, ki povzroči nastanek vijačnice.
Znano je bilo, da se biček pri bakterijah precej razlikuje od podobnih bičkov, ki jih uporabljajo srčni enocelični organizmi, imenovani arheje. Arheje najdemo v nekaterih najbolj ekstremnih okoljih na Zemlji, na primer v skoraj vrelih bazenih kisline, na samem dnu oceanov in v naftnih nahajališčih globoko v zemlji.
Beljakovina, ki tvori njen biček, obstaja v 10 različnih stanjih
Egelman in sodelavci so s krioEM pregledali bičke ene od oblik arhej, Saccharolobus islandicus, in ugotovili, da beljakovina, ki tvori njen biček, obstaja v 10 različnih stanjih. Čeprav so se podrobnosti precej razlikovale od tistih, ki so jih raziskovalci opazili pri bakterijah, je bil rezultat enak, saj so filamenti tvorili pravilne štorklje. Sklepajo, da je to primer konvergentne evolucije – ko narava pride do podobnih rešitev na zelo različne načine. To kaže, da so se kljub temu, da so propelerji bakterij in arhej po obliki in delovanju podobni, te lastnosti razvile neodvisno.
»Tako kot pri pticah, netopirjih in čebelah, ki so neodvisno razvile krila za letenje, je evolucija bakterij in arhej konvergirala k podobni rešitvi za plavanje pri obeh,« je dejal Egelman, ki je bil zaradi svojega predhodnega slikovnega dela sprejet v Nacionalno akademijo znanosti, kar je ena najvišjih časti, ki jih lahko prejme znanstvenik. »Ker so se te biološke strukture na Zemlji pojavile pred milijardami let, se 50 let, ki smo jih potrebovali za njihovo razumevanje, morda ne zdi tako dolgo.«
Novinar
