Ученые из Университета Нагоя в Японии и коллеги из Йельского университета в США раскрыли детали того, как бактериальный пропеллер, известный как жгутик, переключается между вращением против часовой стрелки и по часовой стрелке, позволяя ему контролировать свое движение. Результаты были опубликованы в журнале eLife и включают модель, которая показывает структурные изменения, происходящие в частях жгутикового мотора.
Вибрионы - палочковидные организмы, обитающие в прибрежных водах. Они могут вызывать серьезные инфекции кишечника и мягких тканей, которые в конечном итоге могут привести к септическому шоку и полиорганной недостаточности.«Ожидается, что заражение вибрионами будет увеличиваться по мере повышения температуры воды из-за изменения климата», - говорит супрамолекулярный биолог из Нагойского университета Мичио Хомма. «Они развили сложную подвижность, управляемую жгутиками, чтобы облегчить их вторжение в организмы-хозяева. Мы хотели визуализировать, как их моторы переключаются между вращением по часовой стрелке и против часовой стрелки, чтобы лучше понять это движение».
Для этого Хомма и его коллеги использовали передовую технику визуализации, называемую криоэлектронной томографией, при которой изображения замороженных образцов получаются при их наклоне для создания 2D-изображений, которые объединяются для создания 3D-реконструкции. Ученые использовали образцы двух мутантных бактерий Vibrio, жгутики которых вращались только по часовой или против часовой стрелки. Это позволило им сравнить два движения и сделать вывод об изменениях, происходящих в бактериальном моторе, чтобы сменить направление.
«Наш сравнительный анализ и молекулярное моделирование предоставили первые структурные доказательства того, что жгутиковый мотор претерпевает глубокую перестройку, чтобы обеспечить возможность переключения вращения», - говорит Хомма..
Ученые обнаружили, что переключение с вращения против часовой стрелки на движение по часовой стрелке включает сигнальный белок CheY-P, который связывается с белком FliM в С-кольце жгутикового мотора. Это заставляет другой двигательный белок, называемый FliG, двигаться таким образом, что подвергает заряженные остатки на своей поверхности трансмембранному белку, называемому PomA, который вместе с другим белком, называемым PomB, образует неподвижную часть двигателя, называемую статором. Взаимодействие между остатками FliG и PomA, вероятно, приводит к изменениям в статоре, что приводит к возникновению крутящего момента ионного потока, который в конечном итоге вращает С-кольцо.
«Криоэлектронная томография быстро развивается, что делает все более возможным выявление двигательной структуры с более высоким разрешением», - говорит Хомма. «Это текущее исследование обеспечивает одно из изображений криоэлектронной томографии жгутика вибриона с самым высоким разрешением. Это и будущие исследования будут способствовать нашему пониманию сборки и функции жгутиков."