Моторы бактериальных жгутиков: исследование проливает свет на их ион-управляемые механизмы

Многие бактерии используют для движения в жидкостях жгутики, которые вращаются с помощью белковых комплексов — «жгутиковых моторов».

Мотор состоит из двух основных компонентов:

  • Ротор — большая вращающаяся структура, которая поворачивает жгутик.
  • Статоры — меньшие структуры, содержащие «ионные пути» для протонов или ионов натрия.

Прохождение заряженных частиц через статор вызывает его структурные изменения, которые толкают ротор, заставляя его вращаться. Однако точная структура и механизмы ионных путей оставались неясными.

Исследовательская группа под руководством доцента Тацуро Нисикино из Технологического института Нагои проанализировала жгутиковый мотор у бактерии Vibrio alginolyticus. Результаты опубликованы в Proceedings of the National Academy of Sciences 30 декабря 2024 года.

Метод и ключевые результаты

Учёные использовали криоэлектронную микроскопию (CryoEM) для получения высокодетальных снимков статорных комплексов V. alginolyticus в разных состояниях. Были идентифицированы ключевые молекулярные полости для ионов натрия.

На основе результатов предложена модель, описывающая поток ионов натрия через статор:

  • Субъединицы, образующие статоры у V. alginolyticus и расположенные кольцом, действуют как фильтры, основанные на размере, которые пропускают ионы натрия (но не другие ионы) в обнаруженные полости.
  • Определены механизмы, с помощью которых фенамил (блокатор ионных каналов) ингибирует поток ионов натрия через статор.

Значение исследования

  1. Медицинские перспективы: Движение на основе жгутиков участвует в инфекциях и токсичности некоторых патогенных бактерий. Понимание молекулярного механизма жгутиковой подвижности может стать ключом к инактивации таких бактерий путём ограничения их движения.
  2. Биоинженерия: Жгутиковые моторы — это молекулярные наномашины диаметром около 45 нм с энергетической эффективностью преобразования примерно 100%. Результаты исследования — важный шаг к прояснению механизмов генерации крутящего момента, что необходимо для инженерии наномасштабных молекулярных моторов.