Новое исследование механизма устойчивого движения жгутиковых бактерий

Жгутиковые бактерии, такие как Escherichia coli (E. coli), движутся за счёт вращения спиральных жгутиковых нитей, приводимых в действие мотором у их основания. Каждая клетка имеет 3–7 жгутиков, которые, вращаясь как единый пучок, обеспечивают плавное движение. Крутящий момент жгутикового мотора зависит от нагрузки и остаётся примерно постоянным до определённой "коленной" скорости, после чего резко падает.

Ранее считалось, что при плавании в свободной жидкой среде мотор работает под высокой нагрузкой, так как скорость вращения жгутиков обычно ниже "коленной". Однако исследование, проведённое командой Чжан Ронцзин и профессора Юань Цзюньхуа из USTC и опубликованное в Science Advances, показало несоответствия.

Ключевые открытия:

• Неполный набор статорных единиц: Измерения зависимости крутящего момента от скорости показали, что в моторах плавающих бактерий присутствует неполный комплект статорных единиц. Это опровергает прежнее представление о высокой нагрузке на мотор во время движения.
• Эксперименты по "воскрешению" мотора: При внезапном прикреплении бусины к жгутику скорость вращения возрастала ступенчато. Результаты подтвердили, что мотор работает под промежуточной нагрузкой, а набор статорных единиц заполнен лишь наполовину.
• Адаптация к вязкости: При таком "наполовину полном" комплекте бактерии могут адаптироваться к среде с высокой вязкостью, увеличивая количество статорных единиц.
• Демонстрация устойчивости: В эксперименте с микрофлюидной камерой, где вязкость среды резко менялась, скорость вращения жгутика сначала резко падала, а затем постепенно возрастала, демонстрируя адаптацию.

Вывод: Исследование продемонстрировало устойчивость (robustness) вращения жгутика к изменениям условий нагрузки благодаря механизму с неполным, но адаптируемым набором статорных единиц.