Как бактерии используют древние механизмы для самовосстановления
Новое исследование учёных из UNSW Sydney раскрывает, как древнейший в природе «мотор» бактерий — жгутиковый двигатель — может восстанавливать себя в сложных условиях.
Результаты, опубликованные в Science Advances, показывают, что флагеллярный мотор, обеспечивающий подвижность бактерий, также помогает им адаптироваться, когда их способность к движению нарушена.
Плавание критически важно для выживания и распространения бактерий, но мало что известно о том, как двигатели, приводящие их в движение, помогают адаптации во враждебной среде.
Исследователи из Школы биотехнологии и биомолекулярных наук первыми в мире использовали технологию редактирования генов CRISPR для изменения жгутикового мотора. Они применили методы синтетической биологии, чтобы встроить в геном натриевый мотор и создать бактерию, движимую ионами натрия. Затем они проверили и отследили способность бактерий адаптироваться в среде, обеднённой натрием.
Натрий — это ион, несущий заряд. Именно этот заряд питает жгутиковый мотор через статоры (ионные каналы).
Команда обнаружила, что статоры способны быстро самовосстанавливать жгутиковый мотор и восстанавливать движение. Эти открытия могут привести к новым достижениям в биологии и медицине.
«Мы показали, что изменения окружающей среды могут заставить ионные каналы реагировать быстро. Правки CRISPR также быстро обратимы, и жгутиковый мотор эволюционирует, а затем саморегулируется», — сказал ведущий автор работы доктор Пьетро Ридоне.
Сила молекулярных машин
Мотор бактерии — это чудо нанотехнологий. Размером в миллионную часть песчинки, он может самособираться и вращаться со скоростью, в пять раз превышающей скорость двигателя Формулы-1.
«Это абсолютный образец древней и очень сложной молекулярной машины», — сказал соавтор статьи доцент Мэтью Бейкер.
По его словам, результаты исследования помогают лучше понять происхождение молекулярных моторов в механистических деталях — как они собрались вместе и как адаптируются.
«Эти древние части — мощная система для изучения эволюции в целом, а также происхождения и эволюции подвижности».
Выводы проинформируют о том, как синтетическая биология может помочь создавать новые молекулярные моторы. Они также могут найти применение в понимании устойчивости к антимикробным препаратам и вирулентности заболеваний.
«Проливая свет на древнюю историю жизни, мы получаем знания для создания инструментов, которые помогут улучшить наше будущее. Это также может привести нас к пониманию того, как бактерии могут адаптироваться в сценариях будущего изменения климата», — заключил А. Бейкер.