과학자들이 50년의 미스터리를 끝내고 박테리아가 어떻게 움직일 수 있는지 밝혀 - Sciencetimes

버지니아 대학교 의과대학 연구원들과 그들의 협력자들은 어떻게 대장균 다른 박테리아가 움직일 수 있습니다.

박테리아는 긴 실 모양의 부속물을 임시 프로펠러 역할을 하는 코르크 마개 나사 모양으로 감아 앞으로 나아갑니다. 그러나 “프로펠러”가 단일 단백질로 구성되어 있기 때문에 그들이 이것을 정확히 수행하는 방법은 과학자들을 당혹스럽게 했습니다.

첨단 극저온 전자 현미경(cryo-EM) 분야의 리더인 UVA의 Edward H. Egelman 박사가 이끄는 국제 팀이 이 케이스를 파헤쳤습니다. 연구원들은 기존의 광학 현미경으로는 볼 수 없었던 것을 밝히기 위해 cryo-EM과 고급 컴퓨터 모델링을 사용했습니다. 개별 원자 수준에서 이러한 프로펠러의 이상한 구조가 나타났습니다.

UVA의 생화학 및 분자 유전학과의 Egelman은 “이 필라멘트가 어떻게 규칙적인 코일 모양을 형성할 수 있는지에 대한 모델이 50년 동안 존재했지만 이제 우리는 이러한 필라멘트의 구조를 원자 세부 사항으로 결정했습니다. “우리는 이러한 모델이 틀렸다는 것을 보여줄 수 있으며, 우리의 새로운 이해는 그러한 소형 프로펠러를 기반으로 할 수 있는 기술을 위한 길을 닦는 데 도움이 될 것입니다.”

박테리아의 ‘Supercoils’에 대한 청사진

다른 박테리아에는 편모 또는 복수로 편모로 알려진 하나 이상의 부속기가 있습니다. 편모는 수천 개의 하위 단위로 구성되어 있지만 이러한 모든 하위 단위는 정확히 동일합니다. 그러한 꼬리는 곧거나 기껏해야 약간 유연할 것이라고 생각할 수 있지만 그렇게 하면 박테리아가 움직일 수 없게 됩니다. 그러한 형상은 추력을 생성할 수 없기 때문입니다. 박테리아를 앞으로 밀기 위해서는 회전하는 코르크 마개 같은 프로펠러가 필요합니다. 과학자들은 이 모양의 형성을 “슈퍼코일링(supercoiling)”이라고 부르며, 50년이 지난 지금 그들은 박테리아가 어떻게 형성하는지 이해하고 있습니다.

cryo-EM을 사용하여 Egelman과 그의 팀은 편모를 구성하는 단백질이 11가지 다른 상태로 존재할 수 있음을 발견했습니다. 코르크 마개 모양이 형성되는 원인은 이러한 상태의 정확한 혼합입니다.

박테리아의 프로펠러는 고세균이라고 불리는 왕성한 단세포 유기체가 사용하는 유사한 프로펠러와 상당히 다르다는 것이 알려져 있습니다. 고세균은 거의 끓는 산 웅덩이, 바다의 바닥, 땅속 깊은 석유 매장지와 같이 지구상에서 가장 극한 환경에서 발견됩니다.

Egelman과 동료들은 cryo-EM을 사용하여 한 형태의 고세균의 편모를 검사했습니다. 아이슬란드 설탕, 그리고 편모를 형성하는 단백질이 10가지 다른 상태로 존재한다는 것을 발견했습니다. 세부 사항은 연구원들이 박테리아에서 본 것과는 상당히 다르지만 결과는 같았고 필라멘트가 규칙적인 코르크 마개를 형성했습니다. 그들은 이것이 자연이 매우 다른 수단을 통해 유사한 솔루션에 도달하는 “수렴 진화”의 예라고 결론지었습니다. 이것은 박테리아와 고세균의 프로펠러가 형태와 기능이 유사함에도 불구하고 유기체가 이러한 특성을 독립적으로 진화했음을 보여줍니다.

“날기 위해 독립적으로 진화한 날개를 가진 새, 박쥐, 벌과 마찬가지로 박테리아와 고세균의 진화는 둘 다 수영을 위한 유사한 솔루션으로 수렴되었습니다.” 과학자가 받을 수 있는 최고의 영예 중 하나입니다. “이러한 생물학적 구조는 수십억 년 전에 지구에 등장한 이후로 그것들을 이해하는 데 걸린 50년은 그리 길지 않은 것처럼 보일 수 있습니다.”

공개된 결과

연구원들은 연구 결과를 과학 저널에 발표했습니다. 셀. 팀은 Mark AB Kreutzberger, Ravi R. Sonani, Junfeng Liu, Sharanya Chatterjee, Fengbin Wang, Amanda L. Sebastian, Priyanka Biswas, Cheryl Ewing, Weili Zheng, Frédéric Poly, Gad Frankel, BF Luisi, Chris Calladine, Mart Krupovic으로 구성되었습니다. , Birgit E. Scharf 및 Egelman.

이 작업은 국립 보건원(National Institutes of Health)의 지원을 받아 GM122150 및 T32 GM080186을 지원합니다. 미 해군 작업 단위 프로그램 6000.RAD1.DA3.A0308; Robert R. Wagner Fellowship에 의해. 연구원의 논문은 해군성, 국방부 또는 미국 정부의 공식 정책이나 입장을 대변하지 않습니다.

출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2022/09/220927111326.htm