Эли Коен (Eli Cohen), Келли Хьюз (Kelly Hughes) из Университета Юты, США, и их коллеги Имперского колледжа Лондона и Калифорнийского технологического института в Пасадене исследовали самый первый в мире механизм роторного двигателя. Выяснилось в результате, каким образом регулируется длина 25-миллиметрового стержня («карданного вала»), передающего вращение внешней нити пропеллера. Свои результаты ученые изложили в статье, опубликованной в журнале Science.
Жгутик бактерии — один из самых маленьких двигателей в природы, при этом вращающийся со скоростью до 60000 оборотов в минуту. Чтобы функционировать должным образом и двигать бактерию, необходимо, чтобы все его компоненты соприкасались точно так, как нужно. Хотя биомеханические механизмы, которые определяют размеры других компонентов, уже определены, было неизвестно, как контролируется длина стержня, жесткого вала, который передает крутящий момент от «двигателя» во внутренней части ячейки к внешней нити пропеллера.
«Поскольку большая часть машины собирается за пределами клетки, должны быть механизмы для самосборки, а также для определения оптимальной длины различных компонентов, — сказала профессор Хьюз. — Как это происходит?»
Эли Коэн, ученик Хьюз, задался вопросом о контроле длины стержня у Salmonella enterica. Прорыв случился, когда на одном из своих курсов он услышал о концепции внешнего мембранного белка Lpp, который физически связывает внешнюю мембрану со стенкой клетки. Оболочка сальмонеллы состоит из внутренней мембраны и наружной мембраны, которая взаимодействует с внешним миром. Между двумя мембранами находится пространство, содержащее клеточную стенку, называемую периплазмой. Клеточные биологи ранее не знали, поддерживает ли протеин LppA клеточную стенку, подобно опорам, поддерживающим крышу, или же наружная мембрана прикреплена к стенке клетки.
Коэн, Хьюз и их коллеги спроектировали штаммы Salmonella, чтобы определить, действует ли LppA в качестве связующего элемента для внешней мембраны и влияет ли внешняя мембрана на длину стержня. Они обнаружили, что варьирование длины белка LppA меняло ширину периплазмы вместе с длиной стержня. «Штанга должна касаться внутренней мембраны, — объяснил Коэн. — Так что если внешняя оболочка находится дальше, стержень должен стать длиннее, чтобы соприкоснуться с ней».
«В конечном итоге эта работа показала, что на самом деле это крепеж, удерживающий внешнюю мембрану, — добавила Хьюз. — В его отсутствие наружная мембрана отрывается от клетки».
Наконец, поскольку жгутик связан со способностью бактерий двигаться, понимание механизмов сборки этой системы может помочь исследователям понять, как обездвижить вредные бактерии, и препятствовать подобным системам, которые некоторые бактерии используют для заражения клеток-хозяев.
