Раскрыт биохимический механизм движения бактерий в жидкой среде

Результаты исследования, проведенного международной группой специалистов из Швейцарии и Германии в Биоцентре Базельского университета (Швейцария), позволили описать биохимические механизмы мигрирования микроорганизмов в жидкой среде. В частности, авторы работы сообщили, что бактерии «умеют» регулировать скорость своего движения при помощи своеобразного молекулярного тормоза.

Здесь необходимо сделать небольшое отступление. Как известно, кишечные палочки (Escherichia coli), как и многие другие микроорганизмы, способны определять градиенты насыщенности окружающей их питательной среды, после чего переплывают в области с большей концентрацией питательного вещества с помощью вращающегося жгутика. По мере снижения концентрации питательного вещества происходит и снижение скорость их перемещения, за что отвечают две молекулы — межклеточный медиатор циклический димерный гуанозинмонофосфат (cyclic-dimeric-GMP) и протеин типа YcgR. До последнего времени ученые не могли объяснить механизмы, позволяющие указанным молекулам регулировать скорость движения бактерий, то есть оставалось неясным, делается это напрямую или же за счет повышения сопротивления трения их поверхности.

Как сообщает на своих страницах интернет-портал rccnews.ru, в процессе своей работы немецкие и швейцарские эксперты выяснили, что на самом деле обе указанные молекулы составляют особый весьма оригинальный механизм, позволяющий микроорганизму целенаправленно останавливать свой жгутиковый двигатель.

Сам механизм действия этой системы следующий: медиатор связывает протеин YcgR, выступая таким образом в роли своеобразного молекулярного тормоза. Секрет заключается в том, что протеин, ответственный за приведение в движение ротора, при связывании замедляет вращение движущего жгутика. А если вспомнить, что каждому мотору соответствует несколько таких молекул YcgR, то становиться ясным, что скорость перемещения бактерии может снижаться постепенно по мере увеличения молекул протеина, блокируемых молекулярным тормозом.

При этом авторы работы отмечают, что количество заблокированных протеинов непосредственно зависит от концентрации медиатора, коррелирующей со степенью обеспечения бактерии питательными веществами (три из пяти гормонов, продуцирующих и расщепляющих медиатор, соответственно, включаются и выключаются в зависимости от наличия питания). Такой механизм позволяет бактерии более экономно расходовать ресурсы в случае их дефицита.

Комментируя полученные результаты, авторы работы отмечают, что жгутиковые моторы известны ученым уже довольно давно. Но вот что касается этого двигателя, имеющего всего 45 нм в поперечнике, то он не только миниатюрнее на несколько порядков, но и превосходит все ранее известные моторы по подвижности, мощности и по КПД. Не стоит также забывать и о возможности его тонкой настройки, что является еще одним преимуществом данного двигателя с точки зрения его нанотехнологического применения.

В заключение остается добавить, что подробный отчет о работе швейцарских и немецких экспертов опубликован в журнале «Cell».