Bilim adamları 50 yıllık bir gizemi çözüyor – bakteriler nasıl hareket ediyor?

Virginia Üniversitesi bilim adamları onlarca yıllık bir gizemi çözdüler.

araştırmacılar Virginia Üniversitesi Tıp Fakültesi ve meslektaşları, E. coli ve diğer bakterilerin nasıl hareket ettiğine dair uzun süredir devam eden bir gizemi çözdü.

Bakteriler, uzun, iplik benzeri uçlarını geçici fanlar gibi davranan spiral şekillere çevirerek ilerler. Ancak “hayranlar” tek bir proteinden oluştuğu için uzmanlar bunu tam olarak nasıl yaptıkları konusunda şaşkına dönüyor.

Vaka başkanlığındaki uluslararası bir ekip tarafından çözüldü Edward H. Araştırmacılar, hiçbir geleneksel optik mikroskobun göremediğini ortaya çıkarmak için Cryo-EM teknolojisini ve güçlü bilgisayar modellemesini kullandılar: Bu pervanelerin tek tek atomlar düzeyindeki olağandışı yapısı.

UVA Biyokimya ve Moleküler Genetik Bölümü’nden Eagleman, “Bu filamentlerin bu kadar düzenli sarmal şekilleri nasıl oluşturduğuna dair modeller 50 yıldır var olsa da, şimdi bu filamentlerin yapısını atomik ayrıntıda belirledik” dedi. “Bu modellerin yanlış olduğunu gösterebiliriz ve yeni anlayışımız, bu tür minyatür pervanelere dayalı olabilecek teknolojilerin önünü açmaya yardımcı olacaktır.”

Virginia Üniversitesi Tıp Fakültesi’nden Doktora Edward H. Eagleman ve işbirlikçileri, bakterilerin nasıl hareket ettiğini ortaya çıkarmak için kriyo-elektron mikroskobu kullandılar ve 50 yılı aşkın bir gizemi sona erdirdiler. Eagleman’ın önceki fotoğraf çalışmaları, bir bilim insanının alabileceği en yüksek onurlardan biri olan prestijli Ulusal Bilimler Akademisi’ne katıldığını gördü. Kredi bilgileri: Dan Addison | Virginia İletişim Üniversitesi

Bakterilerin ‘süper profilleri’ diyagramları

Çeşitli bakteriler, flagella veya çoğul olarak flagella olarak bilinen bir veya daha fazla uzantı içerir. Bir flagellum, hepsi aynı olan binlerce alt birimden oluşur. Böyle bir kuyruğun düz veya en azından biraz sarkık olduğunu düşünebilirsiniz, ancak bu, bakterilerin hareket etmesini engeller. Bunun nedeni, bu tür formların momentum oluşturamamasıdır. Bakterileri ilerletmek için dönen, anahtara benzer bir fan gereklidir. Bilim adamları bu şekli geliştirmeye “süper bükülme” diyorlar ve 50 yılı aşkın araştırmadan sonra artık bakterilerin bunu nasıl yaptığını biliyorlar.

Eagleman ve meslektaşları, kamçıyı oluşturan proteinin, kriyo-EM kullanarak 11 farklı durumda bulunabileceğini keşfetti. Anahtarın şekli, bu durumların kesin bir kombinasyonu ile şekillendirilir.

Bakterilerdeki yelpazenin, arke adı verilen tek hücreli kalp organizmalarının kullandığı benzer fanlardan oldukça farklı olduğu bilinmektedir. Arkeler, neredeyse kaynayan havuzlar gibi dünyadaki en aşırı ortamlarda bulunur.[{” attribute=””>acid, the very bottom of the ocean and in petroleum deposits deep in the ground.

Egelman and colleagues used cryo-EM to examine the flagella of one form of archaea, Saccharolobus islandicus, and found that the protein forming its flagellum exists in 10 different states. While the details were quite different than what the researchers saw in bacteria, the result was the same, with the filaments forming regular corkscrews. They conclude that this is an example of “convergent evolution” – when nature arrives at similar solutions via very different means. This shows that even though bacteria and archaea’s propellers are similar in form and function, the organisms evolved those traits independently.

“As with birds, bats, and bees, which have all independently evolved wings for flying, the evolution of bacteria and archaea has converged on a similar solution for swimming in both,” said Egelman, whose prior imaging work saw him inducted into the National Academy of Sciences, one of the highest honors a scientist can receive. “Since these biological structures emerged on Earth billions of years ago, the 50 years that it has taken to understand them may not seem that long.”

Reference: “Convergent evolution in the supercoiling of prokaryotic flagellar filaments” by Mark A.B. Kreutzberger, Ravi R. Sonani, Junfeng Liu, Sharanya Chatterjee, Fengbin Wang, Amanda L. Sebastian, Priyanka Biswas, Cheryl Ewing, Weili Zheng, Frédéric Poly, Gad Frankel, B.F. Luisi, Chris R. Calladine, Mart Krupovic, Birgit E. Scharf and Edward H. Egelman, 2 September 2022, Cell.
DOI: 10.1016/j.cell.2022.08.009

The study was funded by the National Institutes of Health, the U.S. Navy, and Robert R. Wagner.