Новое исследование, проведенное учеными из Университета Нового Южного Уэльса в Сиднее, показывает, как старейшее колесо природы, обнаруженное в бактериях, может восстанавливать себя, когда наступают тяжелые времена.

Выводы, опубликованные сегодня в журнале Science Advances, показывают, как жгутик — древний двигатель, обеспечивающий плавательную способность бактерий , — также может помочь этим крошечным организмам приспособиться к условиям, в которых их подвижность нарушена.

Бактерии — одни из древнейших живых организмов Земли. Это крошечные одноклеточные организмы, встречающиеся в любой среде обитания, в том числе и в человеческом теле, где бактериальных клеток больше, чем человеческих.

Способность плавать имеет решающее значение для выживания и распространения бактерий. Но мало что известно о том, как двигатели, управляющие их движением, помогают организмам адаптироваться к враждебной среде.

Исследователи из Школы биотехнологии и биомолекулярных наук первыми в мире использовали технологию редактирования генов CRISPR для изменения жгутикового мотора. Они использовали методы синтетической биологии, чтобы внедрить натриевый двигатель в геном, чтобы создать плавающую бактерию, управляемую натрием. Затем они проверили и отследили способность бактерий адаптироваться, когда в окружающей среде не хватало натрия.

Натрий — это ион, а это значит, что он несет заряд. Именно этот заряд питает жгутиковый двигатель через статоры или ионные каналы.

Команда обнаружила, что статоры способны быстро самостоятельно восстанавливать жгутиковый двигатель и восстанавливать движение. Эти результаты могут привести к новым достижениям в области биологических и медицинских наук.

«Мы показали, что изменения окружающей среды могут вызвать быструю реакцию ионных каналов », — сказал ведущий автор статьи доктор Пьетро Ридоне.

«Итак, изменения CRISPR также быстро возвращаются, и жгутиковый двигатель развивается, а затем регулирует себя», — сказал доктор Ридоне.

«Тот факт, что мы сразу же увидели мутации непосредственно на статорах, удивителен, а также вдохновляет нас на многие планы будущих исследований в этой области».

Сила молекулярной техники

Человеческое тело содержит около 10 000 различных типов молекулярных машин, которые обеспечивают ряд биологических функций от преобразования энергии до движения.

Технология бактериального двигателя намного превосходит то, что люди могут создать синтетическим путем в наномасштабе. При размере в миллионную песчинку он может собираться сам и вращается со скоростью, в пять раз превышающей скорость двигателя Формулы-1.

«Двигатель, который заставляет бактерии плавать, — это чудо нанотехнологий», — сказал доцент Мэтью Бейкер, соавтор статьи. «Это абсолютный образец древнего и очень сложного молекулярного механизма».

А/проф. Бейкер сказал, что результаты исследования могут помочь нам лучше понять происхождение молекулярных двигателей в механистических деталях — как они образовались и как они адаптируются.

«Эти древние части представляют собой мощную систему для изучения эволюции в целом, а также происхождения и эволюции подвижности».

А/проф. Бейкер говорит, что полученные результаты покажут, как синтетическая биология может помочь в создании новых молекулярных двигателей. Полученные данные могут также найти применение в понимании устойчивости к противомикробным препаратам и вирулентности болезней.

«Проливая больше света на древнюю историю жизни, мы получаем знания для создания инструментов, которые могут помочь улучшить наше будущее», — проф. — сказал Бейкер. «Это также может привести нас к пониманию того, как бактерии могут адаптироваться к будущим сценариям изменения климата».