حل معمای ۵۰ ساله حرکت باکتری ها

وقتی صحبت از باکتری به میان می‌آید، ممکن است فکر کنید که همه چیز را فهمیده‌ایم. اما برخی از اسرار برای دهه‌ها باقی مانده‌اند، مانند نحوه حرکت باکتری ها.

یک تیم بین المللی به رهبری ادوارد اچ اگلمن، دکترای UVA، یک رهبر در زمینه میکروسکوپ الکترونی کرایو الکترونی با تکنولوژی بالا (cryo-EM)، این موضوع را کشف کرد. این یافته ها در مجله Cell منتشر شده است.

حرکت باکتری ها رو به جلو

ادوارد اچ اگلمن در بیانیه مطبوعاتی خود اعلام کرد: “باکتری‌ها با پیچاندن زائده‌های نخ مانند به شکل‌های چوب پنبه‌باز که به‌عنوان ملخ‌های موقت عمل می‌کنند، خود را به جلو هل می‌دهند. اما اینکه دقیقاً چگونه این کار را انجام می دهند، دانشمندان را گیج کرده است. زیرا “پرخچه ها” (پروانه های حرکتی) از یک پروتئین ساخته شده اند.”

بنابراین، محققان از Cryo-EM و مدل‌سازی کامپیوتری پیشرفته استفاده کردند. آنها آنچه را که هیچ میکروسکوپ نوری سنتی نمی‌توانست نشان دهد را نشان دادند. این که چگونه این باکتری‌ها در سطح اتم‌های منفرد حرکت می‌کنند. این فرآیند تغییر دهنده بازی را ثابت می کند که یافته های جدیدی را که قبلاً دیده نشده در مورد باکتری ها و حرکات آنها منتشر می کند.

اگلمن، از دپارتمان بیوشیمی و ژنتیک مولکولی UVA گفت: “مدل هایی برای 50 سال وجود داشت که چگونه این رشته ها ممکن است چنین شکل های مارپیچ منظمی ایجاد کنند. اما اکنون ساختار این رشته ها را با جزئیات اتمی تعیین کرده ایم. ما می‌توانیم نشان دهیم که این مدل‌ها اشتباه بوده‌اند. درک جدید ما به هموار کردن راه برای فناوری‌هایی که می‌توانند بر اساس چنین پروانه‌های مینیاتوری باشند، کمک خواهد کرد.”

باکتری ها دارای یک یا چند زائده به نام تاژک هستند که آنها را به جلو می راند. تاژک ها به شکل پروانه های چرخان و پیچ چوب پنبه مانند هستند. دانشمندان به شکل گیری شکل آنها به عنوان “ابر پیچ” اشاره می کنند. اما مدت‌هاست نمی دانستند که باکتری‌ها چگونه این کار را انجام می‌دهند. زیرا تاژک فقط از پروتئین تشکیل شده است.

• ۱۵ دلیل برای اینکه ایستگاه فضایی بین‌ المللی زندگی انسان ها را بهتر میکند

در چندین وضعیت مختلف وجود دارد

با این حال، محققان اکنون کشف کردند که این پروتئین ها می توانند در 11 حالت مختلف وجود داشته باشند. حالت هایی که می تواند به چندین شکل جالب منجر شود. این مخلوط دقیق این حالت ها است که باعث شکل گیری شکل چوب پنبه می شود. محققان همچنین این تاژک‌ها را با پروانه‌های مشابهی که توسط ارگانیسم‌های تک‌سلولی به نام آرکیا با استفاده از کرایو-EM برای بررسی تاژک‌های یکی از شکل‌های باستانی به نام Saccharolobus islandicus استفاده می‌شوند، مقایسه کردند.

محققان دریافتند که پروتئینی که این تاژک را تشکیل می دهد در 10 حالت مختلف وجود دارد. این رشته ها مارپیچ های معمولی را تشکیل می دهند. این مثال واضحی از «تکامل همگرا» است (زمانی که طبیعت از راه‌های بسیار متفاوت به راه‌حل‌های مشابه می‌رسد) و نشان می‌دهد که اگرچه تاژک‌ها و آرکی باکتری ها کاملاً متفاوت هستند. اما به‌طور مستقل تکامل یافته‌اند تا به طرز شگفت‌آوری مشابه عمل کنند.

همانطور که در مورد پرندگان، خفاش ها و زنبورها که همه به طور مستقل بال های خود را برای پرواز تکامل داده اند، تکامل و حرکت باکتری ها به یک راه حل مشابه برای شنا در هر دو همگرا شده است. از زمانی که این ساختارهای بیولوژیکی میلیاردها سال پیش بر روی زمین پدیدار شدند، 50 سالی که برای درک آنها طول کشیده است، ممکن است چندان طولانی به نظر نرسد.

حالا، اگر آنها فقط بتوانند بفهمند که چگونه باکتری ها از نور برای تنفس الکتریسیته استفاده می کنند، معمای دیگری را حل کرده اند.