研究揭示了細(xì)菌螺旋槳組件
許多細(xì)菌都配有鞭毛,一種允許細(xì)菌移動(dòng)的螺旋推進(jìn)器。鞭毛以高度有組織的方式組裝,包括逐步添加其每個(gè)內(nèi)部部件。然而,關(guān)于如何實(shí)現(xiàn)這種有序結(jié)構(gòu),存在許多懸而未決的問題。在Science Advances發(fā)表的一項(xiàng)研究中,以大阪大學(xué)為中心的日本研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)了新的分子細(xì)節(jié),并提供了一個(gè)模型,解釋了逐步鞭毛組裝的發(fā)生方式。
作為單細(xì)胞生物,細(xì)菌已經(jīng)設(shè)計(jì)出優(yōu)雅的方法來(lái)環(huán)繞它們的環(huán)境。所述鞭毛由微觀電動(dòng)機(jī),其提供扭矩,和一個(gè)長(zhǎng)的,剛性的,螺旋形燈絲驅(qū)動(dòng)推進(jìn)。電機(jī)和燈絲通過柔性掛鉤連接,使細(xì)菌“轉(zhuǎn)向”。就像任何其他電機(jī)一樣,鞭毛的部分必須按照正確的順序放在一起。
“鞭毛組裝是一個(gè)涉及70多個(gè)基因的復(fù)雜過程,”主要作者Naoya Terahara解釋說。“首先,組裝基礎(chǔ)電機(jī),然后是鉤子,最后是螺旋燈絲。每個(gè)結(jié)構(gòu)都是通過將一組獨(dú)特的蛋白質(zhì)發(fā)送到裝配部位來(lái)構(gòu)建的。電池可以以某種方式感知每個(gè)結(jié)構(gòu)何時(shí)完成,觸發(fā)一個(gè)轉(zhuǎn)而出口下一系列蛋白質(zhì)。我們想要更詳細(xì)地了解這種轉(zhuǎn)換是如何發(fā)生的。“
出口機(jī)器位于鞭毛的底部,由9個(gè)形成環(huán)的蛋白質(zhì)制成。戒指的作用就像一個(gè)看門人,選擇哪些蛋白質(zhì)會(huì)傳播到生長(zhǎng)中的鞭毛。該環(huán)的直徑非常小 - 僅為納米 - 使得精確分析相對(duì)困難。為了深入了解這種機(jī)器,研究人員使用了高速原子力顯微鏡。通過與金澤大學(xué)的研究人員合作進(jìn)行的這種方法,使團(tuán)隊(duì)可以直接觀察戒指。然后,通過在環(huán)中進(jìn)行突變,他們可以確定哪些區(qū)域負(fù)責(zé)觸發(fā)輸出開關(guān)。
“高分辨率顯微鏡使我們能夠更好地了解哪些突變會(huì)破壞出口轉(zhuǎn)換,”Terahara補(bǔ)充道。“一旦我們確定了環(huán)蛋白中保持環(huán)完整的單個(gè)氨基酸,我們就可以測(cè)試每一個(gè),看它是如何影響鉤子和細(xì)絲蛋白質(zhì)的輸出的。”
通過一系列生化分析,該團(tuán)隊(duì)為鞭毛組裝的發(fā)生方式開發(fā)了詳細(xì)的工作模型。
“研究人員Tohru Minamino解釋說:”我們的研究結(jié)果表明,環(huán)形狀的細(xì)微變化決定了哪些蛋白質(zhì)被輸出到生長(zhǎng)中的鞭毛中。“一旦鉤子組裝完畢,環(huán)中的接觸點(diǎn)會(huì)輕微移動(dòng),改變環(huán)的形狀,并允許螺旋絲蛋白通過。”
所提出的模型可能對(duì)細(xì)菌感染的研究產(chǎn)生重大影響:鞭毛與注射體具有許多相似之處,注射體是一種針狀結(jié)構(gòu),被感染性細(xì)菌用于將蛋白質(zhì)傳遞給宿主。因此,該研究可以作為更好地指導(dǎo)傳染病研究的地圖。
“我們相信我們的模型代表了我們對(duì)鞭毛裝配機(jī)械理解的重要一步,”Minamino補(bǔ)充道。“我們希望我們的研究結(jié)果最終有助于發(fā)現(xiàn)新療法來(lái)對(duì)抗細(xì)菌性疾病。”
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