Ученые выяснили, что для перемещения бактерий важную роль играет единственный атом кальция внутри особой молекулы белка. Его перемещение приводит к тому, что синегнойная палочка может останавливаться или, напротив, начинать движение.

Исследование биологов из университета Северной Каролины (США) интересно не только потому, что описывает работу молекул, которые могут быть похожи на наномашины будущего. Выбранный в качестве подопытного объекта организм, Pseudomonas aeruginosa, немало интересует и медиков, так как он, известный также как синегнойная палочка, ответствен за множество осложнений при лечении ран после травм или операций.

Когда дело доходит до передвижения, все определяется единственным атомом», – говорит один из авторов открытия, профессор биохимии Мэттью Рединбо, чьи слова приводятся в пресс-релизе университета.

Но механизм, который обеспечивает бактерии передвижение, во многом схож с тем, который позволяет перемещаться куда как более высокоразвитым существам – по крайней мере внешне. Pseudomonas aeruginosa и ряд других микроорганизмов способен выпускать «ноги» – крошечные отростки, цепляющиеся за грунт (правильнее сказать «за субстрат», так как ползти они могут и по поверхности других клеток в теле животного или человека) и подтягивающие «корпус» в нужную сторону.

Внутри этих «ног», или пиль, находятся белковые структуры, способные сокращаться примерно так же, как и полноценные, образованные сотнями клеток мышцы. Только, естественно, эти «мышцы» устроены несколько иначе – в них нет того сочетания белков, которое обеспечивает сокращение мышц у животных. Вместо этого в пилях присутствует белок PilY1, который и решили исследовать биологи, поскольку без PilY1 бактерия передвигаться не может.

Ученые выделили белок, очистили его и заморозили. Белок при замораживании кристаллизуется и полученный кристалл исследователи отправили на рентген. Рентгеновское излучение, в отличие от обычного света, способно проявить структуру анализируемых образцов на уровне вплоть до отдельных атомов – по рассеянию на кристалле излучения биологи сумели воссоздать структуру белка.

Модель изучавшегося учеными белка. Голубой шарик – атом кальция

Белок, как показали рентгеновские данные, имеет в центре своей молекулы (сложной, со множеством изгибов, формы) выемку, напоминающую скважину в замке. И как только в это отверстие попадает атом кальция – белок активируется и приводит пилю в движение. Чтобы узнать это, ученые поочередно лишали белок способности удерживать кальций и модифицировали его так, чтобы имитировать постоянное наличие атома внутри – в первом случае бактерия не могла выпускать пили, а во втором оказалась неспособна их втягивать.

Усиливает сходство этого природного механизма с замком зажигания тот факт, что сокращается не сам белок PilY1. Для того чтобы двигать пили, у бактерии есть два отдельных «мотора», а изучавшийся белок лишь каким-то образом координирует их действия. Возможно, понимание того, как именно это происходит, позволит использовать механизмы опасного микроба в «мирных целях»: например, для сверхминиатюрных роботов.