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.

Вставьте атом в замок зажигания

«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.

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.