Как клетки начинают двигаться

Археи, бактерии и эукариоты — это то, что биологи называют тремя доменами жизни. Из них археи образуют важное звено в эволюционной теории. Они являются прямыми предками эукариот, но по структуре и организации напоминают бактерий. Археи могут колонизировать горячие серные источники или чрезвычайно соленые озера, но также встречаются в океане, в кишечнике человека и на коже. В отличие от бактерий, археи исследованы относительно мало — потому что до сих пор не выявлено патогенных форм. Исследовательской группе под руководством профессора Сони-Верены Альберс с кафедры микробиологии Фрайбургского университета и профессора Джона Тейнера из Техасского университета в Остине, США, удалось идентифицировать белки, необходимые для сборки структуры подвижности, то есть для способности архей активно двигаться — а значит, и для перемещения клеток. Команда представила свои выводы в последнем выпуске Nature Microbiology.

Для микроорганизмов важно уметь активно двигаться — чтобы в случае ухудшения условий окружающей среды они могли искать лучшие условия жизни. Бактерии используют так называемый жгутик, сложную структуру, требующую до 50 белков, которые собираются по строгому графику. Ученые предполагали, что археи используют ту же структуру, что и бактерии, чтобы «плавать» с одного места на другое. Но после секвенирования первых геномов архей исследователи обнаружили, что у архей нет оперонов жгутиков. Вместо этого археи плавают с помощью структуры, называемой археллумом. Он состоит всего из семи субъединиц у модельного организма Sulfolobus acidocaldarius, используемого Альберс, который обитает в высококислотных гидротермальных источниках. «Тем не менее, эта относительно простая структура может выполнять те же функции, что и бактериальный жгутик», — объясняет она.

Она и ее команда уже открыли структуру необходимого для этого белка FlaI и показали, что он образует моторный комплекс археллума в комбинации с белками FlaX и FlaH. Фрайбургские ученые также описали белок FlaF, который связывается с единственным белком клеточной стенки модельного организма и закрепляет его там. «Это позволяет археям взаимодействовать с окружающей средой — а значит, и с человеческими клетками», — поясняет Альберс. В текущем исследовании ученые показывают, что белок FlaG способен образовывать филамент, похожий на волокно. Вместе с FlaF белок FlaG затем формирует белковый комплекс, необходимый для сборки археллума. Этот комплекс, вероятно, расположен на кончике филамента FlaG, что позволяет FlaG и FlaF взаимодействовать с клеточной стенкой.

Кроме того, ученые доказали, что клетки без клеточной стенки могут формировать археллум, но не могут плавать. Альберс говорит, что это позволяет предположить, что взаимодействие между FlaG, FlaF и клеточной стенкой вносит вклад в функцию археллума. «Мы показали, что FlaG и FlaF необходимы для вращения археллума и, следовательно, для перемещения клетки», — говорит она.