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日從浙江大學獲悉，該校生命科學研究院朱永群教授團隊與醫(yī)學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，為抗生素設計提供了新思路。相關論文日前發(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構、組裝機制和如何實現(xiàn)高效扭矩傳輸進而驅動鞭毛絲高速運轉的工作原理，學界此前未能破譯。
本次研究中，科研人員經(jīng)過大量嘗試，設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合物樣品。應用浙江大學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)的高分辨率結構。
聯(lián)合團隊經(jīng)過解析發(fā)現(xiàn)，鞭毛馬達含有質(zhì)子泵，可通過轉運氫離子，帶動質(zhì)子泵的轉動，將化學能轉變?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)的轉動。
“內(nèi)部各個結構元件之間相互精妙的配合，使鞭毛馬達能將質(zhì)子泵轉化而來的機械能，毫無損耗地迅速傳給鞭毛絲，促進鞭毛絲高速轉動。”張興表示，這項研究通過對鞭毛馬達的結構解析，從原子水平揭示了其工作原理，為研究這個復雜納米機器的起源進化提供了可靠的結構信息，也為生物進化理論提供了新的視角。(洪恒飛 柯溢能 吳雅蘭 記者江耘)
關鍵詞： 細菌高速運動
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