Bakterie przemieszczają się do przodu, zwijając długie, nitkowate wypustki (wici) w korkociągi, które działają jak prowizoryczne śmigła. Do tej pory nie było jasne, jak dokładnie do tego dochodzi, ponieważ “śmigła” są wykonane z jednego białka.
Zagadkę rozwiązał międzynarodowy zespół uczonych kierowany przez prof. Edwarda Egelmana z University of Virginia School of Medicine dzięki zastosowaniu kriomikroskopii elektronowej (cryo-EM) i modelowania komputerowego. Dzięki temu naukowcom udało się dostrzec to, czego nie był w stanie zobaczyć żaden mikroskop optyczny – dziwną strukturę “śmigieł” na poziomie atomowym. Szczegóły opisano w czasopiśmie Cell.
Czytaj też: Wyglądają jak gąsienice, ale to… bakterie! Nie uwierzysz, gdzie żyją
Prof. Edward Egelman mówi:
Podczas gdy modele istniały przez 50 lat dla tego, jak te filamenty mogą tworzyć takie regularne zwinięte kształty, teraz określiliśmy strukturę tych filamentów w atomowych szczegółach. Możemy pokazać, że dotychczasowe modele były błędne, a nasze nowe zrozumienie pomoże utorować drogę dla technologii, które mogłyby być oparte na takich miniaturowych śmigłach.
Jak wici napędzają bakterie?
Bakterie mają różną wypustek znanych jako wici (flagellum lub flagella w liczbie mnogiej). Każda wić jest zbudowana z tysięcy podjednostek, które są dokładnie takie same. Można by sądzić, że taka struktura byłaby prosta, a w najlepszym razie nieco elastyczna, ale to nie wystarczyłoby do poruszania się bakterii. Takie kształty nie mogą generować ciągu. Aby popchnąć bakterię do przodu, konieczne jest obracające się, przypominające korkociąg śmigło. Tworzenie takiego kształtu jest nazywane “superzwijaniem”.
Używając kriomikroskopii elektronowej, zespół prof. Egelmana odkrył, że białko tworzące wici może istnieć w 11 różnych stanach. To właśnie precyzyjna mieszanka tych różnych stanów sprawia, że tworzy się korkociąg, a bakteria może się poruszać. Odkryto, że “śmigło” u bakterii jest zupełnie inne iż struktury używane przez jednokomórkowe organizmy zwane archeonami, które występują w jednych z najbardziej ekstremalnych środowisk na Ziemi.
Czytaj też: Czy bakterie mogą nas uratować przed tworzywami sztucznymi?
Zespół prof. Egelmana wykorzystał cryo-EM do zbadania wici jednej z form archeonów – Saccharolobus islandicus – i odkryli, że białko je tworzące istnieje w 10 różnych stanach. Chociaż szczegóły były zupełnie inne niż to, co badacze widzieli u bakterii, wynik był taki sam – włókna tworzyły regularne korkociągi. Wnioskują, że jest to przykład konwergencji – kiedy natura dochodzi do podobnych rozwiązań za pomocą bardzo różnych środków. Pokazuje to, że mimo iż śmigła bakterii i archeonów są podobne w formie i funkcji, organizmy wyewoluowały te cechy niezależnie.
Prof. Edward Egelman podsumowuje:
Podobnie jak w przypadku ptaków, nietoperzy i pszczół, które wszystkie niezależnie wykształciły skrzydła do latania, ewolucja bakterii i archeonów zbiegła się w obu przypadkach na podobne rozwiązania do pływania. Ponieważ te struktury biologiczne pojawiły się na Ziemi miliardy lat temu, 50 lat, które zajęło zrozumienie ich, może nie wydawać się tak długie.