Как природа сконструировала оригинальный роторный двигатель

Бактериальный жгутик — один из самых маленьких двигателей в природе, вращающийся со скоростью до 60 000 оборотов в минуту. Для правильной работы и движения бактерии все компоненты жгутика должны точно подходить друг к другу. В исследовании, опубликованном сегодня в Science, учёные из Университета Юты сообщают об открытии механизма, регулирующего длину похожего на приводной вал стержня жгутика размером 25 нанометров, что даёт ответ на давний вопрос о том, как клетки удерживаются вместе.

Хотя биомеханические механизмы, определяющие размеры других компонентов жгутика, уже были известны, контроль длины стержня — жёсткого вала, передающего крутящий момент от двигателя жгутика внутри клетки к внешней пропеллерной нити, — оставался неизвестным. «Поскольку большая часть машины собирается вне клетки, должны существовать механизмы самоорганизации и определения оптимальной длины различных компонентов», — говорит профессор биологии Келли Хьюз.

Аспирант Хьюз, Эли Коэн, исследовал вопрос контроля длины стержня у Salmonella enterica с помощью генетических инструментов. Прогресс был медленным, пока на одном из курсов он не услышал о концепции белка-привязи внешней мембраны Lpp, который физически связывает внешнюю мембрану с клеточной стенкой. Оболочка Salmonella состоит из внутренней и внешней мембран, причём последняя взаимодействует с внешним миром. Между мембранами находится пространство, содержащее клеточную стенку, — периплазма. Ранее клеточные биологи не знали, поддерживает ли белок LppA клеточную стенку, как столбы поддерживают крышу, или же он привязывает внешнюю мембрану к клеточной стенке.

Коэн, Хьюз и их коллеги создали штаммы Salmonella, чтобы определить, действует ли LppA как привязь для внешней мембраны и влияет ли внешняя мембрана на длину стержня жгутика. Они обнаружили, что изменение длины белка LppA меняет ширину периплазмы вместе с длиной стержня.

«Стержню необходимо касаться внутренней стороны внешней мембраны, — говорит Коэн. — Поэтому, если внешняя мембрана находится дальше, стержень должен дорасти, чтобы встретиться с ней».

«Эта работа в итоге показала, что LppA действительно является привязью, удерживающей внешнюю мембрану, — добавляет Хьюз. — Если её не привязать, внешняя мембрана отрывается от клетки».

Поскольку жгутик связан со способностью бактерии двигаться, понимание механизмов контроля этой системы может помочь исследователям научиться обездвиживать вредные бактерии и нарушать работу похожих на жгутик систем, которые некоторые бактерии используют для заражения клеток хозяина.