1秒鐘跑出自身長(zhǎng)度數(shù)十倍的距離，是很多細(xì)菌具有的運(yùn)動(dòng)能力。記者21日從浙江大學(xué)獲悉，該校生命科學(xué)研究院朱永群教授團(tuán)隊(duì)與醫(yī)學(xué)院張興教授團(tuán)隊(duì)合作解碼細(xì)菌的運(yùn)動(dòng)“天賦”，首次系統(tǒng)地揭示了沙門氏菌鞭毛馬達(dá)的組裝和扭矩傳輸機(jī)制，為抗生素設(shè)計(jì)提供了新思路。相關(guān)論文日前發(fā)表于國(guó)際頂級(jí)期刊《細(xì)胞》。
世界上70%的細(xì)菌具有鞭毛，它由細(xì)菌膜上的馬達(dá)、胞外的接頭裝置和鞭毛絲組成。其中，鞭毛馬達(dá)能夠每秒旋轉(zhuǎn)300—2400圈，從而產(chǎn)生動(dòng)力，通過(guò)扭矩傳輸給接頭裝置，再帶動(dòng)鞭毛絲，如螺旋槳般推動(dòng)細(xì)菌運(yùn)動(dòng)。細(xì)菌鞭毛馬達(dá)的詳細(xì)結(jié)構(gòu)、組裝機(jī)制和如何實(shí)現(xiàn)高效扭矩傳輸進(jìn)而驅(qū)動(dòng)鞭毛絲高速運(yùn)轉(zhuǎn)的工作原理，學(xué)界此前未能破譯。
本次研究中，科研人員經(jīng)過(guò)大量嘗試，設(shè)計(jì)出了非常溫和的鞭毛馬達(dá)純化步驟，最終獲得了完整的、穩(wěn)定的鞭毛馬達(dá)與接頭裝置復(fù)合物樣品。應(yīng)用浙江大學(xué)300千伏冷凍電鏡平臺(tái)，最終首次向人們展示了鞭毛馬達(dá)的不同組件包括聯(lián)動(dòng)桿、外膜環(huán)、周質(zhì)環(huán)、內(nèi)膜環(huán)、分泌裝置以及接頭裝置在內(nèi)的高分辨率結(jié)構(gòu)。
聯(lián)合團(tuán)隊(duì)經(jīng)過(guò)解析發(fā)現(xiàn)，鞭毛馬達(dá)含有質(zhì)子泵，可通過(guò)轉(zhuǎn)運(yùn)氫離子，帶動(dòng)質(zhì)子泵的轉(zhuǎn)動(dòng)，將化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能，繼而將扭矩傳給鞭毛馬達(dá)的內(nèi)膜環(huán)，促使內(nèi)膜環(huán)的轉(zhuǎn)動(dòng)。
“內(nèi)部各個(gè)結(jié)構(gòu)元件之間相互精妙的配合，使鞭毛馬達(dá)能將質(zhì)子泵轉(zhuǎn)化而來(lái)的機(jī)械能，毫無(wú)損耗地迅速傳給鞭毛絲，促進(jìn)鞭毛絲高速轉(zhuǎn)動(dòng)。”張興表示，這項(xiàng)研究通過(guò)對(duì)鞭毛馬達(dá)的結(jié)構(gòu)解析，從原子水平揭示了其工作原理，為研究這個(gè)復(fù)雜納米機(jī)器的起源進(jìn)化提供了可靠的結(jié)構(gòu)信息，也為生物進(jìn)化理論提供了新的視角。
