Крутящий момент и белки: как бактерии создали двигатель задолго до человека
Исследователи из Оклендского университета (Новая Зеландия) проследили эволюцию одного из самых древних механизмов природы — микроскопического двигателя, который позволяет бактериям двигаться. По словам руководителя проекта, биолога Каролины Пуэнте-Лелиевре, ученым удалось создать самую полную на сегодняшний день модель происхождения статорных белков — структур, работающих как поршни, преобразующие поток ионов в вращательное движение. Результаты опубликованы в журнале mBio.
Статорные белки встроены в клеточную стенку бактерий и обеспечивают вращение жгутика — тонкого «хвоста», который толкает клетку вперед подобно микроскопическому пропеллеру. Эти белки превращают энергию потока ионов в крутящий момент, заставляя жгутик вращаться со скоростью до сотен оборотов в секунду.
Ученые использовали алгоритм искусственного интеллекта AlphaFold (за который вручили Нобелевскую премию в 2024 году) для восстановления трехмерной структуры древних белков и анализа более 200 бактериальных геномов. Сопоставление данных позволило построить эволюционное «дерево» и проследить путь возникновения первых белковых «моторов» на планете.
Как эволюция изобрела двигатель
Оказалось, что статорные белки произошли от простых ионных переносчиков — молекул, перекачивавших заряженные частицы через мембрану. Со временем эта система усложнилась, превратившись в полноценный мотор.
По аналогии с тем, как у древних динозавров перья сначала служили для терморегуляции, а позже — для полета, поток ионов у ранних бактерий стал основой для механизма движения.
Современные статорные комплексы состоят из белков MotA и MotB, формирующих канал для прохождения ионов и генерации крутящего момента. Чтобы подтвердить функцию этих белков, исследователи удалили ключевой участок гена у бактерий E. coli — и клетки полностью утратили способность плавать.
«Мы буквально выключили двигатель, и бактерии перестали двигаться», — поясняет Пуэнте-Лелиевре.
Первые моторы на Земле
Бактерии — одни из древнейших обитателей планеты, появившиеся более 3,5 миллиарда лет назад, когда океаны были зелеными от минералов, а небо — оранжевым от вулканических газов. Именно тогда природа «изобрела» первый биологический двигатель, который остается эффективным и сегодня.
«Несмотря на миллиарды лет эволюции, принципы работы этих микроскопических моторов почти не изменились», — подчеркивает Мэтью Бейкер из Университета Нового Южного Уэльса.
