1秒鐘跑出自身長度數(shù)十倍的距離，是很多細菌具有的運動能力。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隊與醫(yī)學(xué)院張興教授團隊合作解碼細菌的運動“天賦”，首次系統(tǒng)地揭示了沙門氏菌鞭毛馬達的組裝和扭矩傳輸機制，為抗生素設(shè)計提供了新思路。相關(guān)論文日前發(fā)表于國際頂級期刊《細胞》。

世界上70%的細菌具有鞭毛，它由細菌膜上的馬達、胞外的接頭裝置和鞭毛絲組成。其中，鞭毛馬達能夠每秒旋轉(zhuǎn)300—2400圈，從而產(chǎn)生動力，通過扭矩傳輸給接頭裝置，再帶動鞭毛絲，如螺旋槳般推動細菌運動。細菌鞭毛馬達的詳細結(jié)構(gòu)、組裝機制和如何實現(xiàn)高效扭矩傳輸進而驅(qū)動鞭毛絲高速運轉(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)過大量嘗試，設(shè)計出了非常溫和的鞭毛馬達純化步驟，最終獲得了完整的、穩(wěn)定的鞭毛馬達與接頭裝置復(fù)合物樣品。應(yīng)用浙江大學(xué)300千伏冷凍電鏡平臺，最終首次向人們展示了鞭毛馬達的不同組件包括聯(lián)動桿、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)合團隊經(jīng)過解析發(fā)現(xiàn)，鞭毛馬達含有質(zhì)子泵，可通過轉(zhuǎn)運氫離子，帶動質(zhì)子泵的轉(zhuǎn)動，將化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能，繼而將扭矩傳給鞭毛馬達的內(nèi)膜環(huán)，促使內(nèi)膜環(huán)的轉(zhuǎn)動。

“內(nèi)部各個結(jié)構(gòu)元件之間相互精妙的配合，使鞭毛馬達能將質(zhì)子泵轉(zhuǎn)化而來的機械能，毫無損耗地迅速傳給鞭毛絲，促進鞭毛絲高速轉(zhuǎn)動。”張興表示，這項研究通過對鞭毛馬達的結(jié)構(gòu)解析，從原子水平揭示了其工作原理，為研究這個復(fù)雜納米機器的起源進化提供了可靠的結(jié)構(gòu)信息，也為生物進化理論提供了新的視角。

關(guān)鍵詞： 細菌 馬達結(jié)構(gòu)