几十年的神秘细菌如何解决移动

医学院的研究人员和他们的合作者有几十年之久的一个谜题如何解决大肠杆菌和其他细菌能够移动。

细菌推动自己前进的卷取长,细长的附属物成螺旋形状作为临时的螺旋桨。但如何困扰了科学家,他们这么做,因为“螺旋桨”是由一个单一的蛋白质。

领导的一个国际研究小组UVA的爱德华·h·Egelman博士,一个领导者在高科技领域的低温电子显微镜(低温电子显微镜),侦破了案件。研究人员使用低温电子显微镜和先进的计算机模型来揭示没有传统光学显微镜可以看到:这些螺旋桨的奇怪结构单个原子的水平。

“虽然模型已经存在了50年等这些细丝如何形成定期盘形状,我们现在决定这些细丝在原子的结构细节,“Egelman说,UVA的生物化学和分子遗传学。“我们可以表明,这些模型是错误的,和我们的新理解将有助于铺平道路的技术可能是基于这样的小型螺旋桨。”

蓝图细菌的“超螺旋”

不同的细菌有一个或多个附件称为鞭毛,或者,在复数,鞭毛。鞭毛是由成千上万的子单元,但所有这些单元是完全相同的。你可能会认为这种尾巴直,或在最好的情况下灵活一点,但是,这样就会使细菌无法移动。这是因为这种形状不能产生推力。这需要一个旋转,corkscrew-like螺旋桨推动细菌前进。科学家称这种形状的形成成为超螺旋,“现在,50多年后,他们了解细菌。

使用低温电子显微镜,Egelman和他的团队发现,蛋白质组成鞭毛在11个不同的州可以存在。这些状态的精确混合,形成螺旋形的原因。

它已经知道细菌的螺旋桨比类似的螺旋桨的使用完全不同的叫做古生菌的单细胞的有机体。古生菌存在于地球上一些最极端的环境中,如在近沸腾池的酸,最底部的海洋和石油存款在地层深处。

Egelman和他的同事使用低温电子显微镜检查鞭毛古生菌的一种形式,Saccharolobus islandicus,发现其鞭毛蛋白形成中存在10个不同的国家。虽然细节比研究人员所看到的完全不同的细菌,结果是相同的,与纤维形成定期的螺丝。他们的结论是,这是一个例子,“趋同进化”——当自然到达通过不同方式类似的解决方案。这表明,尽管细菌和古菌的螺旋桨在形式和功能是相似的,生物进化的独立特征。

“与鸟类、蝙蝠和蜜蜂都独立进化出翅膀飞行,细菌和古细菌的进化已经聚集在一个类似的解决方案在游泳,“Egelman说,看见他之前的成像工作纳入国家科学院,一个科学家可以获得最高的荣誉。“因为这些生物结构出现在地球几十亿年前,50年,它已经理解他们看上去不那么久。”

参考:刘Kreutzberger马伯,Sonani RR, J, et al .趋同进化成为超螺旋的原核的鞭毛细丝。细胞。2022;185 (19):3487 - 3500. - e14灯头。doi:10.1016 / j.cell.2022.08.009

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