Ученые-микробиологи, изучавшие бактерию Bacillus subtilis, доказали, что она использует механизм, аналогичный сцеплению в автомобилях. Свою работу исследователи опубликовали в журнале Science.
Bacillus subtilis, или сенная палочка, - это подвижная бактерия, использующая жгутик в качестве мотора. Жгутик совершает вращательные движения, толкая бактериальную клетку вперед. Механизм, обеспечивающий движения жгутика, ученые знали давно, однако принцип торможения до сих пор был непонятен. Ученые под руководством Дэниэла Кернса (Daniel Kearns) из Университета Индианы открыли этот принцип случайно.
Они занимались изучением генов, которые побуждают одиночных бактерий объединяться в большие группы и образовывать так называемые биопленки. Если B. subtilis в биопленках будут продолжать движения жгутиком, то их стабильность может быть нарушена. Ученые искали гены, которые регулируют изменение активностью жгутика при формировании биопленки. Они установили, что продукт одного из генов - белок EpsE - подавляет движения бактериального "мотора".
Исследователи предложили два возможных механизма, объясняющих работу EpsE. Один из них соответствовал работе тормоза, когда неподвижная часть соединяется с подвижной и блокирует ее работу. Второй механизм предполагал, что EpsE действует по принципу автомобильного сцепления: отсоединяет одну подвижную часть от другой. В последнем случае мотор жгутика может продолжать работать, однако сам он останется неподвижным и бактерия не будет двигаться вперед.
Чтобы определить, какая из гипотез является правильной, ученые решили пойти по принципу "хвост виляет собакой". Они закрепили свободный конец жгутика на стеклянной пластине и изучали, как будет двигаться бактериальная клетка в присутствии и отсутствии белка EpsE. Когда он отсутствовал, клетка совершала один оборот каждые пять секунд. При наличии EpsE клетка, не совершая регулярных движений, пассивно колебалась под воздействием случайных возмущений окружающей среды.
Понимание механизмов работы жгутика подвижных бактерий может оказаться полезным для нанотехнологий. Жгутиковый мотор является чрезвычайно эффективным устройством: жгутик B. subtilis может совершать более 200 колебаний в секунду. С его помощью бактериальный "автомобиль" развивает мощность в многие десятки "лошадиных сил".