Вчені пояснили механізм складання бактеріального джгутика

Американські та британські вчені з'ясували, як формується стрижень бактеріального джгутика - структура, що передає обертання від внутрішньоклітинного молекулярного мотора на зовнішній філамент. Результати роботи опубліковані в журналі.

Джгутик, що обертається зі швидкістю до 60 тисяч обертів на хвилину, забезпечує бактеріальній клітині рух в рідких середовищах і по поверхнях, а також бере участь у формуванні біоплівок. Його робота залежить від вкрай точної збірки в процесі розвитку бактерії. Загальний пристрій джгутика до теперішнього часу описано досить добре: він складається з внутрішньоклітинного роторного мотора, що працює за рахунок переміщення іонів, систем закріплених на мембранах кілець, розташованого в периплазматичному просторі між внутрішньою і зовнішньою мембранами стрижня, який з'єднаний білковим крюком з фібрилою, що забезпечує рух.

Стрижень джгутика сформований двома структурами: проксимальною (довжиною приблизно сім нанометрів) з чотирьох різних білків і дистальною (довжиною приблизно 18 нанометрів) з приблизно 50 копій білка FlgG. Їх складання відбувається у напрямку від внутрішньої до зовнішньої мембрани бактеріії. При цьому механізми контролю довжини стрижня при збірці - одного з основних параметрів, що забезпечують нормальну роботу джгутика - досі описані не були.

Щоб розібратися в цьому питанні, співробітники Університету Юти, Лондонського імперського коледжу і Каліфорнійського технологічного університету поспостерігали за збиранням стрижня біля бактерії з мутаціями FlgG, що призводять до збільшення його довжини до приблизно 60 нанометрів і, як наслідок, неперпендикулярного мембранам розташування в периплазматичному просторі і порушення рухливості. Зокрема, вчених зацікавила роль білка LppA, участь якого в процесі складання стрижня була невідомою. Цей білок одним кінцем кріпиться до внутрішньо поверхні зовнішньої мембрани, а іншим - до петидогликанового шару в периплазматичному просторі і, таким чином, може впливати на ширину цього простору.

В ході експериментів з вимкненням гена LppA з'ясувалося, що відсутність цього білка дещо знижує рухливість звичайних бактерій, зате підвищує її в два-три рази у мікрооранізмів з мутантною формою FlgG. Це відбувалося за рахунок того, що LppA не обмежував ширину периплазматичного простору, дозволяючи подовженому стрижню розсувати його в процесі складання і розташовуватися паралельно мембранам бактерії.

Експериментуючи з модифікованими сальмонелами, що мають різну довжину LppA, вчені встановили, що цей білок відіграє ключову роль у регулюванні просвіту периплазматичного простору, і що збірка (і, відповідно, довжина) стрижня обмежується величиною цього просвіту. Таким чином, регулятором формування трансмембранної частини джгутика виявився структурний білок LppA.

Оскільки джгутики забезпечують рухливість бактерії, розуміння їх формування та функціонування може допомогти в пошуку засобів для іммобілізації мікроорганізмів і зниження їх патогенності.

Джгутики бактерій цікавлять не тільки біологів - вони також служать джерелом натхнення для творців рухомих мікроботів. Так, наприклад, вивчення джгутиків одноклітинних допомогло швейцарським розробникам створити м'яких мікроботів з програмованими рухливістю і формою. Пристрої планується застосовувати при проведенні мінімально інвазивних хірургічних операцій.