Учёные определили структуру ключевого компонента "принятия решений" у бактерий

Новое исследование раскрывает атомарные детали молекулярной машинерии, позволяющей плавающим бактериям ощущать окружающую среду и менять направление движения при необходимости. Работа опубликована в журнале eLife.

• "Мозг" бактерии: На поверхности бактерии находятся тысячи рецепторов, сканирующих среду (свет, химические вещества, питательные и токсичные соединения). Эта информация передаётся глубже — белкам-киназам, которые интерпретируют данные и переводят их в простой выбор: "Плыть дальше" или "Сменить направление!".
• Сигнал к изменению курса: Если принято решение сменить направление, киназа передаёт химический сигнал (фосфат) другой киназе — CheY. Та, в свою очередь, активирует процесс, заставляющий жгутики бактерии вращаться в обратную сторону, что приводит к хаотичному кувырканию и движению в новом случайном направлении.
• Новый метод визуализации: Для изучения структуры хемосенсорного массива (молекулярной машины, управляющей этим процессом) соавтор исследования Пейджун Чжан разработал методику очистки ключевых белков и их сборки в тонкие слои. Это позволило получить трёхмерные электронно-микроскопические снимки (3-D EM) с гораздо более высоким разрешением.
• Компьютерное моделирование: Для окончательного определения структуры учёные использовали метод молекулярной динамики с гибкой подгонкой (MDFF), моделирующий взаимодействия каждого атома в системе на основе данных EM, кристаллографии и других экспериментов. Масштабное моделирование проводилось на суперкомпьютере Blue Waters.
• Ключевое открытие: Моделирование выявило важные химические взаимодействия между белками массива и новое поведение киназы CheA. Одна из её областей меняет ориентацию относительно других белков — движение, названное исследователями "погружением" ("dipping"). Последующие эксперименты подтвердили, что эта часть киназы критически важна для способности бактерии реагировать на среду и менять направление.
• Значение работы: Исследование — крупный шаг в понимании передачи сигнала от рецепторов к киназам. Профессор Клаус Шультен сравнивает процесс с изучением механических часов: "Чтобы понять, как работает эта механическая система, нам нужно знать структуру. Как только мы открываем часы и видим, как сцеплены шестерёнки, мы можем начать думать о том, как часы на самом деле работают. Шестерёнки бактериального мозга теперь на месте".