دانشمندان یک راز ۵۰ ساله را حل کرده‌اند -باکتری‌ها چگونه حرکت می‌کنند؟

منتشر شده در scitechdaily به تاریخ ۱۸ اکتبر، ۲۰۲۲
لینک منبع: Scientists Solve a 50-Year Mystery – How Do Bacteria Move?

دانشمندان دانشگاه ویرجینیا معمای چند دهه‌ای را حل کرده‌اند.

محققان دانشکده پزشکی دانشگاه ویرجینیا و همکارانشان یک راز دیرینه را در مورد چگونگی حرکت اشرشیاکلای و دیگر باکتری‌ها حل کرده‌اند.

باکتری‌ها با پیچاندن زائده‌های نخ‌مانند و بلند خود به شکل‌های چوب‌پنبه‌ای که به‌عنوان پروانه‌های موقت عمل می‌کنند، به جلو حرکت می‌کنند. با این حال، از آنجا که «پروانه‌ها» از یک پروتئین واحد تشکیل شده‌اند، کارشناسان در مورد اینکه دقیقا چگونه این کار را انجام می‌دهند، گیج شده‌اند.

این پرونده توسط یک تیم بین‌المللی به ریاست ادوارد اچ اگلمن از UVA، دکتر، پیشگام در زمینه فن‌آوری پیشرفته میکروسکوپ الکترونی کریو (cryo-EM) حل شده‌است. میکروسکوپ الکترونی کرایو (Cryo-EM) و مدل‌سازی کامپیوتری قدرتمند توسط محققان استفاده شد تا آنچه را که هیچ میکروسکوپ نوری سنتی نمی‌توانست ببیند آشکار کند: ساختار غیرمعمول این پروانه‌ها در سطح اتم‌های منفرد.

اگلمن، از دپارتمان بیوشیمی و ژنتیک مولکولی UVA، گفت: «در حالی که مدل‌ها برای ۵۰ سال وجود داشته‌اند که چگونه این رشته‌ها ممکن است چنین اشکال مارپیچی منظمی را تشکیل دهند، ما اکنون ساختار این رشته‌ها را با جزئیات اتمی تعیین کرده‌ایم.» «ما می‌توانیم نشان دهیم که این مدل‌ها اشتباه بوده‌اند و درک جدید ما به هموار کردن راه برای تکنولوژی‌هایی که می‌توانند براساس چنین پروانه‌های مینیاتوری باشند کمک خواهد کرد.»

طرح‌های اولیه برای «سوپرکویل یا اَبَرپیچ» باکتری‌ها

باکتری‌های مختلف یک یا چند زائده دارند که به‌عنوان تاژک شناخته می‌شوند. یک تاژک از هزاران زیر واحد تشکیل شده‌است که همه آن‌ها یک‌سان هستند. شما تصور می‌کنید که این دم صاف و یا حداقل تا حدی انعطاف‌پذیر باشد، اما مانع حرکت باکتری‌ها می‌شود. این به دلیل این واقعیت است که چنین اشکالی نمی‌توانند نیروی رانش تولید کنند. برای حرکت یک باکتری به سمت جلو، یک پروانه چرخ‌مانند مورد نیاز است. دانشمندان توسعه این شکل را «سوپرکویلینگ یا سوپر پیچ» می‌نامند، و حالا آن‌ها می‌دانند که باکتری‌ها چگونه این کار را بعد از بیش از ۵۰ سال تحقیق انجام می‌دهند.

اگلمن و همکارانش کشف کردند که پروتئینسازنده تاژک ممکن است در ۱۱ حالت مختلف با استفاده از cryo-EM وجود داشته باشد. فرم پیچی آن بوسیله ترکیب دقیق این حالات شکل می‌گیرد.

مشخص شده‌است که پروانه در باکتری‌ها کاملا متفاوت از پروانه‌های مشابه است که توسط ارگانیسم‌های تک سلولی به نام آرکیاها (ریزجانداران باستانی) استفاده می‌شوند. آرکیاها در برخی از دورترین نقاط روی زمین، مانند حوضچه‌های تقریباً جوشان اسید، کف اقیانوس و ذخایر نفتی در اعماق زمین یافت می‌شوند.

اگلمن و همکارانش از cryo-EM برای بررسی تاژک‌های یک شکل آرکیا به نام Saccharolobus islandicus استفاده کردند و دریافتند که پروتئین تشکیل‌دهنده تاژک آن در ۱۰ حالت مختلف وجود دارد. در حالی که جزئیات کاملا متفاوت از آن چیزی بود که محققان در باکتری‌ها مشاهده کردند، نتیجه یک‌سان بود، و تارها پیچ‌های معمولی را تشکیل می‌دادند. آن‌ها نتیجه می‌گیرند که این مثالی از «تکامل همگرا» است -زمانی که طبیعت از طریق ابزارهای بسیار متفاوت به راه‌حل‌های مشابه می‌رسد. این نشان می‌دهد که با وجود این که پروانه باکتری‌ها و آرکیاها از نظر شکل و عملکرد مشابه هستند، موجودات زنده این ویژگی‌ها را به‌طور مستقل تکامل داده‌اند.

اگلمن که کار تصویربرداری قبلیش او را به آکادمی ملی علوم، یکی از بالاترین افتخارات یک دانشمند، معرفی کرد، گفت: «همانند پرندگان، خفاش‌ها و زنبورها، که همه به‌طور مستقل بال‌هایی برای پرواز دارند، تکامل باکتری‌ها و آرکیاها بر روی یک راه‌حل مشابه برای شنا کردن در هر دو، همگرا شده‌است.» «از آنجا که این ساختارهای بیولوژیکی میلیاردها سال پیش بر روی زمین پدیدار شدند، ۵۰ سالی که برای درک آن‌ها صرف شده‌است ممکن است به نظر طولانی نرسد.»

این متن با استفاده از ربات ‌ترجمه مقالات زیست‌شناسی ترجمه شده و به صورت محدود مورد بازبینی انسانی قرار گرفته است.در نتیجه می‌تواند دارای برخی اشکالات ترجمه باشد.

مقالات لینک‌شده در این متن می‌توانند به صورت رایگان با استفاده از مقاله‌خوان ترجمیار به فارسی مطالعه شوند.