عکس های فوری بسیار سرد با جزئیات بسیار خوبی نشان می دهد که چگونه یک تاژک باکتریایی می چرخد ​​| پژوهش

از /



مجموعه ای از تصاویر بسیار دقیق از ساختارهای یافت شده در شلاق چرخان که حرکت باکتری را تقویت می کند، بینش جدیدی را در مورد چگونگی رسیدن میکروب ها به جایی که می خواهند باشد، آشکار کرده است.

با استفاده از میکروسکوپ کرایو الکترونی (cryo-EM)، دو گروه مختلف معماری مولکولی و برهمکنش‌های بین اجزای کلیدی موتور باکتریایی را که چرخش دو طرفه تاژک‌ها را نیرو می‌دهد، نشان دادند.

“کل مفهوم کموتاکسی توانایی دور شدن از خطر و به سمت منابع غذایی است و بسیاری از باکتری ها می توانند این کار را از طریق تاژک انجام دهند … یا با تغییر جهت چرخش تاژک یا با توقف کامل آن. “، توضیح می دهد استیون جانسونپژوهشگر موسسه ملی سرطان ایالات متحده (NCI) و اولین نویسنده یکی از مطالعات.

هر دو تیم جانسون که در ماه مارس منتشر شدو تیم به رهبری یک همکار ارشد تحقیقاتی، پراشانت سینگ در دانشگاه واندربیلت در ایالات متحده، که در آوریل منتشر شدروبروی تاژک های باکتری “اسب کار”. سالمونلا که شباهت های زیادی نیز با آن دارد E. coli.

‘[Salmonella] جانسون توضیح می‌دهد که سیستم بسیار ساده‌ای برای چرخش در خلاف جهت عقربه‌های ساعت برای حرکت در یک خط مستقیم، چرخش در جهت عقربه‌های ساعت برای شروع به غلتیدن در جای خود دارد و با ترکیب این دو حالت مختلف عملکرد می‌توانید جهت حرکت باکتری را تغییر دهید.

موتور در تاژک از حلقه های متعددی تشکیل شده است که یکی از آنها حلقه سیتوپلاسمی (C-ring) یا “سوئیچ” است که وظیفه تعویض چرخش تاژک بین خلاف جهت عقربه های ساعت و خلاف جهت عقربه های ساعت را بر عهده دارد.

هر دو گروه تحقیقاتی می‌خواستند مکانیسم‌های مولکولی دقیق پشت این معکوس‌کردن چرخش تاژک‌ها را کشف کنند.

ده‌ها سال است که می‌دانستیم جهت چرخش تغییر کرده است و … این غول است. [C-]ساختار حلقه ای در سیتوپلاسم سلولی که مسئول این تغییر است و … که مجموعه کاملی از گیرنده های سیگنال وجود دارد که به سیگنال های خارجی پاسخ می دهند و سپس به این یک مولکول خاص که با موتور حلقه C ترکیب می شود و تغییر می کند سیگنال می دهند. جهتی که چرخش در حال وقوع است.” جانسون می گوید. ما همچنین می دانیم که این چرخش تا حدی توسط استاتورهای خارجی کوچک هدایت می شود… چند سال پیش فهمیدیم که این احتمالاً به دلیل مکانیزمی است که توسط آن خود استاتورها دارای موتورهای چرخان کوچک هستند. این منجر به این فرضیه شد که موتورهای چرخان کوچک در خارج این چرخ دنده عظیم را از داخل به حرکت در می آورند.

با این حال، جانسون می گوید چیزی که آنها نمی دانستند این بود که چگونه حلقه C را تغییر دهند و جهت چرخش آن را نسبت به این موتورهای کوچک خارجی تغییر دهند، زیرا آنها در یک جهت می چرخند.

تغییر جهت

گروه جانسون روی مجموعه کامل بومی خالص شده از باکتری ها کار کردند، به این معنی که آنها توانستند ساختاری را طراحی کنند که بخشی از “دنده” سیتوپلاسمی را بر روی استاتور در هم می آمیزد تا به آنها اجازه دهد دیدی با وضوح بالا از این تعامل خاص داشته باشند. آنها به هر دو شکل چرخشی در جهت عقربه‌های ساعت و خلاف جهت عقربه‌های ساعت نگاه کردند و توانستند یک تغییر ساختاری عظیم را در حلقه C تعریف کنند که امکان تغییر جهت را فراهم می‌کند.1

«این اساساً به معنای این است که این موتورهای چرخان کوچک از بیرون در حال حرکت هستند [of the big cog] به سمت داخل، بنابراین جهتی که آنها آن را می رانند معکوس می شود زیرا اساساً یک جابجایی 180 درجه در ساختار وجود دارد. سوزان لیا، رئیس مرکز زیست شناسی ساختاری در NCI که رهبری تیم محققین را بر عهده داشت. او می افزاید: «این تغییر عظیم است که واقعاً درک ما را از اینکه پروتئین ها چقدر تغییر ساختاری بزرگی می توانند ایجاد کنند، گسترش می دهد.

تیم دیگر به رهبری تینا آیورسونلوئیز بی مک گاووک، پروفسور و فارماکولوژیست در دانشکده پزشکی واندربیلت، ایالات متحده، در مورد ساختارهای cryoEM سه حالت کلید تاژک گزارش می دهد و به سؤالات کلیدی در مورد نحوه انتقال گشتاور و جهت موتور به تاژک پاسخ می دهد و همان تغییر 180 درجه را مشاهده می کند. در ترکیب.2

با این حال، آیورسون می‌گوید سؤالاتی که آنها سعی در پاسخ به آنها دارند در طول مطالعه تکامل یافته‌اند. «اولین سؤالاتی که اکنون داشتیم بسیار پیش پا افتاده به نظر می رسید – و آن این است که این موتور توسط یک گرادیان در غشای پروتون – یک شار پروتون نیرو می گیرد. این جریانی است که به سمت پایین جریان می یابد، از غشاء عبور می کند و می تواند روتور را در یک جهت یا جهت دیگر بچرخاند. در این حالت، جریانی که در یک جهت می‌رود می‌تواند موتور را در هر دو جهت بچرخاند، بنابراین ما پرسیدیم چگونه چیزی برگشت‌پذیر دارید؟ این واقعا درک نشد.

آنچه که ما بعد از این مطالعه می بینیم توضیحی تقریباً بی اهمیت است، و آن این است که شما این موتور غول پیکر را دارید و بخشی از موتور که به جریان پاسخ می دهد فقط برای چرخاندن موتور می چرخد.

مورگان بیبییک زیست شناس ساختاری در امپریال کالج لندن، بریتانیا، از یافته های هر دو مطالعه استقبال کرد. هر دوی این مقاله‌ها، معماری مولکولی واقعی بخشی از موتور را که ما آن را روتور می‌نامیم – حلقه سیتوپلاسمی تعریف می‌کنند… جزء روتور جالب است زیرا می‌تواند از چرخش در جهت عقربه‌های ساعت به چرخش خلاف جهت عقربه‌های ساعت تغییر کند، و این مبنایی است برای چگونه باکتری ها حرکت می کنند… بینش کلیدی یک منطق مولکولی بسیار واضح برای چگونگی جابجایی حلقه های روتور بین یک ساختار در جهت عقربه های ساعت و خلاف جهت عقربه های ساعت است.

“به طور جداگانه، این نتیجه ممکن است آنقدرها هیجان انگیز نباشد، اما از آنجایی که ما اکنون ساختار جزء استاتور را نیز داریم… اکنون می توانیم شروع کنیم به گفتن یک چیز بسیار هوشمندانه در مورد نحوه عملکرد این چیز.”

Beebe گفت که می توان تصور کرد که این تحقیق می تواند به عنوان مبنایی برای توسعه درمانی استفاده شود که توانایی ناوبری باکتری ها را مسدود می کند. او می‌گوید: «می‌توانید اختراع یک مولکول کوچک را تصور کنید که به نوعی آچاری را برای تغییر دادن حلقه C از جهت عقربه‌های ساعت به خلاف جهت عقربه‌های ساعت پرتاب می‌کند و سپس توانایی پاتوژن را برای شنا کردن به یک مکان مفید از بین می‌برد.»





Source link

پیمایش به بالا