حل یک معمای 50 ساله؛ محققان بالاخره فهمیدند باکتری‌ها چگونه حرکت می‌کنند

محققان دانشگاه ویرجینیا معمای پنجاه ساله‌ای را حل کرده‌اند که نشان می‌دهد باکتری E. coli و دیگر باکتری‌ها چگونه قادر به حرکت هستند. آن‌ها می‌گویند همه این کار به کمک یک زائده انجام می‌شود که توسط یک پروتئین ساخته شده است.

یک تیم بین‌المللی از محققان به رهبری «ادوارد اچ. اگلمن» از دانشگاه ویرجینیا توانسته‌اند با استفاده از میکروسکوپ الکترونی کرایو (cryo-EM) و مدل‌سازی‌های پیشرفته کامپیوتری ببینند چه ساختاری موجب حرکت این موجودات فوق‌العاده ریز می‌شود. باکتری‌ها ظاهرا با پیچاندن زائده‌های دراز خود که شکلی شبیه رشته دارند، آن‌ها را به حالتی شبیه ابزار چوب‌پنبه‌کش در می‌آورند و مانند پیشران از آن‌ها استفاده می‌کنند.

اگلمن می‌گوید: «هرچند از 50 سال پیش مدل‌هایی درباره چگونگی تبدیل این رشته‌ها به شکل‌های پیچیده‌ی قاعده‌مند وجود داشت، ما حالا ساختار این رشته‌ها را با جزئیاتی در سطح اتمی مشخص کرده‌ایم.»

باکتری‌های مختلف یک یا چند زائده موسوم به تاژک یا فلاژل دارند. یک تاژک از هزاران زیرواحد ساخته شده، اما همه این زیرواحدها دقیقا مثل هم هستند. تاژک‌ها باید حالتی شبیه ابزار چوب‌پنبه‌بازکن داشته باشند تا مانند یک پیشران باکتری را به جلو حرکت دهند. دانشمندان به این شکل «ابرپیچش» می‌گویند و حالا بالاخره فهمیده‌اند که باکتری‌ها چگونه حرکت می‌کنند.

اگلمن و تیمش می‌گوید پروتئینی که تاژک را می‌سازد، می‌تواند در 11 حالت وجود داشته باشد. ترکیب همین حالت‌هاست که امکان شکل‌گیری حالتی شبیه چوب‌پنبه‌کش را فراهم می‌کند.

پیش‌تر تصور می‌شد که پیشران باکتری‌ها نسبت به ارگانیزم‌های تک‌سلولی دیگری موسوم به آرکی‌ها تفاوت‌های زیادی دارند. آرکی‌ها در محیط‌های بسیار سخت زمین از جمله در استخرهای جوشان اسیدی در اعماق اقیانوس وجود دارند. برررسی‌های اگلمن نشان داده که پروتئین سازنده تاژک آرکی‌ها در 10 حالت مختلف وجود دارد. اگرچه جزئیات آن‌ها فرق‌های بسیاری با تاژک باکتری‌ها داشته، اما نتیجه یکسان بوده و همان شکل چوب‌پنبه‌بازکن را ایجاد کرده است.

دانشمندان نتیجه گرفته‌اند که این یافته نمونه‌ای از تکامل همگراست که نشان می‌دهد طبیعت از طرق مختلف به راهکارهای ساده دست پیدا می‌کند. نتایج این تحقیقات در مجله Cell چاپ شده است.