Cum se mișcă bacteriile? Cercetătorii și-au dat seama abia după 50 de ani

Privind printr-un microscop de înaltă tehnologie la proteine congelate rapid, cercetătorii tocmai au rezolvat un mister vechi de 50 de ani: au aflat cum se mișcă bacteriile și inamicul lor antic, arheea.

Cum se mișcă bacteriile? Știm de multă vreme că bacteriile folosesc o mică „coadă” încolăcită numită flagel, dar detaliile despre modul în care apendicele lor subțiri își iau forma ondulată pentru a le împinge înainte nu au fost înțelese până acum.

• Oamenii de știință descoperă noi dovezi ale existenței găurilor negre de masă intermediară
• Hidrogenul invizibil ar putea elucida secretele materiei întunecate

În celulele animale, flagelii funcționează precum cozile, cu care suntem mai familiarizați, bătând înainte și înapoi pentru a propulsa corpul înainte. Dar celulele aparținând bacteriilor și arheelor unicelulare au flageli în formă de tirbușon care nu pot genera împingere prin simpla mișcare dintr-o parte în alta, scrie Science Alert.

În schimb, aceste mici cozi se rotesc ca o elice. Cozile par a fi capabile să se întindă și să se contracte într-o oarecare măsură, permițându-le microbilor să creeze diferite forme de undă cu rotațiile lor. Rotațiile pot, de asemenea, schimba direcțiile.

Cum se mișcă bacteriile?

Flagelii bacteriilor, cât și ai arheelor, sunt compuși din aceleași subunități repetate ale proteinei flageline. Cu toate acestea, tipul de flagelin găsit în coada arheei este mai asemănător cu cel găsit într-un alt tip de proeminență celulară găsit în bacterii numite pili.

Biofizicianul Mark Kreutzberger și colegii lui de la Universitatea din Virginia au folosit tomografia crio-electronică pentru a examina structura moleculară a filamentelor flagelare la un nivel aproape atomic în bacteriile în formă de tijă Escherichia coli și arheea Saccharolobus islandicus.

Cercetătorii au văzut că, la bacterii, filamentele proteice ar putea exista în 11 stări diferite și în 10 stări diferite la arhee. O combinație a acestor stări face ca structura în ansamblu să capete forma sa încolăcită la ambii microbi, în ciuda diferențelor din structura proteinelor.

Structura foarte spiralată rezultată este atât de stabilă încât poate rezista la solicitări de torsiune, păstrându-și forma ondulată în timp ce este rotită, adică până când flagelul își schimbă direcția de rotație.

Evoluția convergentă

La E. coli, înotul drept implică rotația în sens invers acelor de ceasornic. Dar atunci când bacteriile schimbă direcția de rotație a cozii, forțele impuse flagelului îi modifică structura, strângând unul sau mai multe dintre filamente și slăbind spiralele într-o formă semi-circulară sau ondulată.

Rotindu-și cozile în sens orar, bacteriile trec de la înotul înainte la rostogolire.

Aceste schimbări induse de direcție nu au fost observate la arhee, deși modificarea condițiilor lor de mediu prin adăugarea de sare sau acid a modificat structura flagelilor lor.

În ciuda diferențelor de structură și a faptului că au evoluat independent, natura a modelat atât flagelii bacteriilor, cât și pe ai arheelor pentru a avea, în esență, aceeași formă și funcție, un bun exemplu de evoluție convergentă.

Un studiu util pentru viitor

„Ca și în cazul păsărilor, liliecilor și albinelor, care au toate aripile dezvoltate independent pentru zbor, evoluția bacteriilor și a arheelor a dus către o soluție similară pentru înot la ambele”, explică biochimistul Edward Egelman, de la Universitatea din Virginia, SUA.

„Noile noastre cunoștințe vor ajuta la deschiderea drumului către tehnologii care ar putea fi bazate pe astfel de elice în miniatură”, a spus el.

Această cercetare a fost publicată în Cell.

Vă recomandăm să citiți și:

Un nou studiu ar fi găsit un tratament „spectaculos” pentru boala Lupus

Test de cultură generală. Cât ADN împărtășesc oamenii cu cimpanzeii?

Cercetătorii au descoperit gena căreia îi datorăm creierul nostru mare

Mici „fabrici de medicamente” implantate în creier pot eradica tumori în doar câteva zile