Як вирішують бактерії

Відео: Бактерії в аптеці

Біологи з університету Ілінойса представили звіт про механізм, який відповідає у бактерій за хемотаксис - рухова реакція, викликана зовнішніми подразниками. Пристрій цієї структури, що віддалено нагадує органи чуття і нервову систему організмів, було детально вивчено на молекулярному рівні.

Бактерії здатні рухатися у напрямку до речовин, привабливим для них (зазвичай це поживні речовини - цукру, амінокислоти), і йти від відразливих їх речовин (жирні кислоти, спирти). При цьому бактерії мають велику чутливість, і здатні реагувати на зміни концентрації речовин на 0,1%. Крім того, рецептори бактерій здатні реагувати на світло.

Відео: бактерії

«На поверхні бактерії є тисячі рецепторів, скануючих навколишнє середовище, і повідомляють бактерії, що потрібно робити», - пояснює професор Клаус Шультен [Klaus Schulten]. Процес нагадує роботу органів почуттів у вищих тварин, за винятком того факту, що у бактерій немає центральної нервової системи. І все-таки вони здатні не тільки реагувати на зовнішні подразники, але і використовувати механізм рудиментарної пам`яті, що дозволяє їм виживати.

Поверхневі рецептори передають інформацію на більш глибокий шар білків, званий кінази, яка інтерпретує отримані дані, на підставі чого дає команди «продовжуємо рух» або «міняємо напрям». В останньому випадку ця киназа передає хімічну команду іншої кінази, яка безпосередньо контролює руху джгутика бактерії. Таким чином, перший шар ферментів грає роль свого роду "забору", Який захищає другий шар білків від зовнішнього середовища.

Ранні спроби дослідження принципів функціонування згаданої молекулярної структури за допомогою електронних мікроскопів і кристалографії наштовхувалися на недосконалості цих технологій - зокрема, їх значення роздільної здатності. Автори роботи створили технологію, що дозволяє очистити ключові білки структури, і комбінувати їх таким чином, щоб вони збиралися в тонкі шари. В результаті вдалося отримати чіткі тривимірні знімки як їх просторового розташування, так і взаємодії один з одним.

Спеціально розроблений комплекс комп`ютерного моделювання, працював на суперкомп`ютері Blue Waters, побудував тривимірну модель системи на основі симуляцій реакцій кожного атома в структурі, і отриманих різними методами даних. Отримана модель детально пояснює взаємодію між частинами хемосенсорной структури.

Нове, покращене уявлення про роботу структури дає багато відповідей і піднімає багато нових питань. Як сигнал проходить від рецепторів до кінази, схема взаємодії всіх компонентів системи хемотаксису - все це належить вивчати. Шультен порівнює цей процес пізнання з вивченням складних механічних годинників.

«Щоб зрозуміти роботу механічної системи, нам треба з`ясувати її структуру, - говорить він. - Коли ми відкриємо годинник і побачимо, як шестерінки пов`язані один з одним, ми зможемо почати роздумувати над принципом роботи годин. І нам вже відомо, як пов`язані шестерінки в "мозку" бактерій ».

Джерело: geektimes.ru