Как одноклеточные археи определяют направление движения

Доктор Тесса Квакс определила структуру центрального белка, который археи используют для определения направления плавания. Археи — это одноклеточные формы жизни без ядра. Она также изучила молекулярные механизмы передачи сигналов из окружающей среды архей к их структуре, отвечающей за подвижность. Исследование Квакс, работающей в лаборатории проф. д-ра Сони-Верены Альберс в Институте биологии II Фрайбургского университета, опубликовано в научном журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.

Археи представляют собой один из трёх доменов жизни наряду с бактериями и эукариотами (организмами с ядром и органеллами). Археи — прямые предки эукариот, но по структуре и организации похожи на бактерии, что делает их важным звеном в теории эволюции. Они адаптируются к экстремальным условиям (горячие серные источники, солёные озёра), а также обитают в океанах и кишечнике человека.

Микроорганизмы способны к активному движению для поиска благоприятных условий. Как и бактерии, археи могут ощущать внешние стимулы и реагировать направленным движением — хемотаксисом. Для этого в ходе эволюции у них развилась уникальная структура для подвижности, отличная от бактериальной и эукариотической. Квакс изучает, как внешние стимулы передаются через систему хемотаксиса к этой структуре.

Органелла движения бактерий — жгутик — изучается более 30 лет. Он состоит из ~50 белков, собираемых в определённом порядке, образуя похожую на кнут (flagellum) структуру из белковых нитей, работающую как пропеллер. Закреплённый в клеточной стенке и имеющий «мотор» у основания, он вращается, обеспечивая движение. Ранее считалось, что археи также используют жгутики. Однако команда лаборатории Альберс показала, что органеллы подвижности архей и бактерий имеют значительные структурные различия, и предложила переименовать архейный орган в «археллу».

Тесса Квакс и её коллеги также продемонстрировали, что центральный белок хемотаксиса у архей структурно точно соответствует археллу. Это означает, что структура этого белка у архей и бактерий разная, хотя функция одинаковая. Это согласуется с наблюдением, что у них разные органеллы движения. Исследование даёт понимание того, почему археи успешно колонизируют новые среды обитания.