Бактерия с семью двигателями в одном! Двигатель на бактериях


Бактерия с семью двигателями в одном!

Расскажитедрузьям!

Джонатан Сарфати Перевод: Алексей Калько (creationist.in.ua) Переведено с разрешения creation.com

Присоединяйтесь к нам на Facebook!

Нажмите «Нравится», чтобы первыми узнавать о новых статьях

www.pnas.org

За последние пару десятилетий учёные обнаружили ряд удивительных механизмов в микроскопических живых клетках. Это, в том числе, миниатюрные двигатели, которые создают волновое движение миниатюрных хвостов бактерий – бактериальных жгутиков, – что позволяет им плавать.1 Оказывается, у них даже есть сцепление, позволяющее отключить мотор от хвоста.2 Ещё более миниатюрным является самый маленький двигатель во Вселенной – АТФ-синтаза, – который производит жизненно важную энергетическую молекулу АТФ (аденозинтрифосфат).3 Примечательно, что у вируса также есть крошечный двигатель, который он использует, чтобы плотно упаковать свою ДНК.4

Некоторые микробы имеют более одного жгутика. Иногда они работают по отдельности, хотя и в этом случае бактерии удаётся координировать двигатели. Жгутики других бактерий неплотно объединены. Но морская магнитотаксисная бактерия МО-1 снова отличилась. У неё семь жгутиков объединены в плотный пучок в оболочке.

Загадкой было то, как они могли все вращаться в одном и том же направлении, не мешая друг другу. Недавно группа исследователей из Франции и Японии5 нашла ответ на этот вопрос. На основании серии двухмерных изображений поперечных сечений они построили трёхмерное изображение (электронная криотомография – метод, подобный компьютерной томографии, но изображения получаются с помощью электронного микроскопа и при очень низких температурах).

Семь жгутиков фактически окружены 24 фибриллами (миниатюрными волокнами), образуя гексагональную решётку. И эти фибриллы вращаются в направлении, противоположном жгутикам, что позволяет им свободно вращаться. На диаграмме, созданной исследователями, жгутики показаны в виде больших зубчатых колёс, а фибриллы как маленькие зубчатые колёса. Эти шестерни или подшипники позволяют жгутикам вращаться очень быстро, так что бактерия может плыть со скоростью около 300 мкм/с – в 10 раз быстрее, чем кишечная палочка или сальмонелла.

www.pnas.org

Схематическая модель 7 жгутиков и 24 волокон, объединённых в плотный пучок в оболочке, которые плавно вращаются благодаря встречному вращению смежных жгутика и фибриллы. Нажмите здесь, чтобы просмотреть анимацию.

Исследователи явно не применяли эволюцию в своих исследованиях. Наоборот, они указали на «сложную и изысканную архитектуру», и отметили:

«Такая конструкция, по всей видимости, играет важную роль в быстром и плавном вращении жгутикового аппарата бактерии МО-1, что позволяет ей быстро плавать».

Но в последнем абзаце, исследователи отдали обязательную, но безосновательную дань эволюции «от слизи к человеку»:

«Такая конструкция, по всей видимости, играет важную роль в быстром и плавном вращении жгутикового аппарата бактерии МО-1, что позволяет ей быстро плавать».

«Вместе взятые, эти особенности жгутикового аппарата МО-1 представляют собой продвинутый уровень эволюции двигательного аппарата. Также интересно, что одна и та же перемежающаяся гексагональная структура присутствует в двух эволюционно отдалённых системах: базальных тельцах жгутиков и фибрилл жгутикового аппарата МО-1, и толстых и тонких волокнах скелетных мышц позвоночных. Похожее строение волокнистых структур предположительно эволюционировало независимо друг от друга у прокариот и у эукариот, чтобы удовлетворить требованиям двух совершенно разных механизмов генерации движения: контрвращение и осевое скольжение».

Это ещё один пример апеллирования к «конвергенции»: одни и те же конструктивные особенности якобы эволюционировали не один раз, а дважды. Но главное – в конце 1940-х известный эволюционист Джон Холдейн предсказал, что в живых существах не будет найдено ни одного колеса или магнита.6 Потому что они будут неработоспособными, пока не сформируются полностью. Таким образом, естественный отбор не мог произвести их последовательными небольшими шагами, каждый из которых являлся усовершенствованием по сравнению с предыдущим. То есть такие двигатели фальсифицируют эволюцию, согласно словам самого Холдейна. МО-1 также чувствительна к магнитным полям,7 двигаясь к северному магнитному полюсу Земли по спиральной траектории. Так что бактерия МО-1 наносит двойной удар эволюции.

Статьи по теме

Видео по теме

Ссылки и примечания

  1. DeVowe, S., The amazing motorized germ, Creation 27(1):24–25, 2004 г.; creation.com/flagellum. Назад к тексту.
  2. Sarfati, J., Germ’s miniature motor has a clutch, J. Creation 22(3):9–11; декабрь 2008 г.; creation.com/clutch. Назад к тексту.
  3. Thomas, B., ATP synthase: majestic molecular machine made by a mastermind, Creation 31(4):21–23, 2009 г.; creation.com/atp-synthase. [См. видео Фермент АТФ-синтаза] Назад к тексту.
  4. Sarfati, J., Virus has powerful mini-motor to pack up its DNA, J. Creation 22(1):15–16, 2008 г.; creation.com/virusmotor. Назад к тексту.
  5. Juanfang Ruan и др., Architecture of a flagellar apparatus in the fast-swimming magnetotactic bacterium MO-1, PNAS 26 ноября 2012 г. | doi:10.1073/pnas.1215274109. См. анимацию. Назад к тексту.
  6. Dewar, D., Davies, L.M. и Haldane, J.B.S., Is Evolution a Myth? A Debate between D. Dewar and L.M. Davies vs. J.B.S. Haldane, Watts & Co. Ltd / Paternoster Press, London, 1949 г., стр. 90. Назад к тексту.
  7. Ср. Helder, M., The world’s smallest compasses: An amazing discovery of how humble bacteria can sense direction, Creation 20(2):52–53, 1998 г.; creation.com/compass. Назад к тексту.

creationist.in.ua

Мотор бактерии заменяет свои части на ходу! ; ) / Блог им. Roma_Snakes / magSpace.ru

Мотор бактерии заменяет свои части на ходу

Новое исследование показывает, что жгутики бактерий – молекулярный поворотный двигатель, ставший символом движения разумного замысла – могут заменять части своего ротора (движущаяся часть двигателя) во время его вращения. Результаты исследования, проведенного в Оксфордском университете, были опубликованы в журнале «Записки национальной академии наук»1 и стали главной темой комментариев, сделанных в этом же журнале Майклом Д. Мэнсоном из Техасского сельскохозяйственного и машиностроительного университета2.

Проведенные ранее исследования показали, что части стационарной части мотора (статора) могут заменяться, пока сам жгутик вращается, но то, что может заменяться и ротор, ученым было неизвестно.«Замещение элемента ротора намного удивительнее, чем замещение статора, поскольку до этого нам уже было известно о том, что ряд комплексов статора может заменяться, пока двигатель работает», — отметили ученые из Оксфордского университета. Вот, что говорится в кратком обзоре исследования:

«Большинство биологических процессов совершается мультипротеиновыми комплексами. Несмотря на то, что эти комплексы традиционно описываются как статические единицы, сегодня появились данные о том, что их компоненты могут быть очень динамичными и постоянно обмениваться с клеточными группами… Этот процесс приводится в действие трансмембранным ионным потоком через кольцо статорных комплексов, которые давят на центральный ротор. Двигатель Escherichia coli изменяет направление движения стохастически в ответ на связывание регулятора реакции CheY с переключателем ротора FliM. Нам многое известно о структуре статического двигателя, но только сейчас мы начинаем понимать динамику его различных компонентов… Мы показываем, что ~30 FliM-молекул на двигатель находятся в двух отдельных популяциях: одна тесно связана с двигателем, а вторая совершает стохастический оборот… Во многих отношениях двигатель бактериального жгутика представляет собой прототипную макромолекулярную установку, и наши результаты могут пролить еще больше света на функциональную значимость оборота протеинов в других крупных молекулярных комплексах».

«Двигатель бактериального жгутика – одна из наиболее сложных биологических наномашин», — такими словами начинается статья под редакцией Говарда Берга (Гарвард), ученого, который одним из первых начал заниматься исследованием жгутиков. С помощью специальных методов получения изображения команда исследователей из Оксфордского университета смогла распознать компоненты ротора, который совершает динамичный оборот в пределах 30-40 секунд. Этот оборот может быть следствием текущего ремонта двигателя, либо же он может иметь функциональное значение. Например, он может участвовать в переключении вращения с нормальных оборотов против часовой стрелки на случающееся время от времени «переворачивание» по часовой стрелке, которое бактерия совершает, когда следует по химическому пути. У E. coli, у которой насчитывается от 4 до 8 жгутиков, оборот может быть частью синхронизации жгутиков, однако ученые еще не знают этого точно. По-видимому, передача сигналов из окружающей среды также задействована в обороте, так как регулятор реакции в пути передачи сигнала во время хемотаксиса «также необходим для осуществления умеренного FliM-оборота в наших экспериментах», – отметили исследователи. И хотя не ясно, является она триггером или побочным продуктом переключения от нормального типа к переворачивающему типу, это очень интересная связь:«Данная работа является прямым доказательством зависимого от сигнала динамичного обмена компонентов системы переключателя в функционирующих двигателях жгутиков, что увеличивает вероятность участия оборота в механизме передачи сигнала».

Представьте, что вам нужно заменить лопасти на бортовом моторе, пока он вращается.

Майкл Мэнсон прокомментировал эти данные в журнале «Записки национальной академии наук»2, сообщая дополнительные интересные подробности о бактериальных жгутиках: «Жгутиковый двигатель – первое обнаруженное биологическое поворотное устройство» (Берг, 1973)». Далее он отметил: «Жгутик вращается со скоростью от нескольких сотен до >1,000 оборотов в секунду в зависимости от вида бактерии». Он предоставил список деталей, схему поперечного разреза, а также описал механизмы вращения и работы жгутика. «Рост жгутика уменьшается с длиной, а поврежденные жгутики способны регенерироваться», — продолжает ученый. «Развернутые субъединицы флагеллина (белок жгутиков) проникают через полый центр жгутика и собираются на его дистальном конце. В длине одного жгутика помещается несколько клеток, и они довольно хрупкие; им просто необходима динамичная природа. Каждый жгутиковый двигатель функционирует на протяжении жизни своей клетки». Мэнсон описал, как протоны проходят через Mot-комплексы (части статора), а затем связываются с ротором, а также то, как эти комплексы должны быть прочно сцеплены с клеточной стенкой, чтобы выдерживать огромный вращающий момент, возложенный на них двигателем: «Высокий вращающий момент, необходимый для того, чтобы повернуть жгутик под огромным грузом, требует, чтобы Mot-комплексы были прочно присоединены к клеточной стенке». Но «даже, несмотря на такое прочное фиксирование, статор является удивительно динамичным». Другие исследования показывают, что части Mot-белка также совершают быстрый переворот – и это при периоде полураспада в 30 секунд.

Относительно данных, полученных командой ученых из Оксфордского университета, Мэнсон сказал:«Обмен частями в статоре и роторе может быть просто рутинным ремонтом, а скопления 18 FliM-молекул могут представлять собой устройства хранения, а не промежуточные комплексы сборки. Таким образом, авторы с осторожностью делают предположение о том, участвует ли FliM-оборот в переключательной функции C кольца, подчёркивая, что обмен FliM-субъединиц может быть либо причиной, либо следствием изменения работы двигателя». Но когда Мэнсон с нетерпением ожидал новых данных в этой области исследования жгутиков и других молекулярных механизмов, он наиболее высоко оценил именно этот особый механизм: «Подобного рода исследования, несомненно, помогут раскрыть новые тайны внутренней работы изысканного молекулярного механизма двигателя жгутиков».

 

  1. Делалез и др. Зависимый от сигналов оборот переключательного протеина FliM бактериального жгутика // Записки национальной академии наук. Статья опубликована он-лайн перед выходом в печать 24 мая 2010 г., doi: 10.1073/pnas.1000284107.Вернуться к тексту.
  2. Майкл Д. Мэнсон Динамичные двигатели для бактериальных жгутиков // Записки национальной академии наук. Статья вышла в печать 11 июня 2010 г., doi: 10.1073/pnas.1006365107.Вернуться к тексту.

И снова мы можем заявить: «Эти авторы ничего не сказали об эволюции!». Если всё в биологии имеет смысл только в невидимом свете эволюционного обмана, то где же был господин Дарвин? Это он лежит в кровати, снова мучаясь от боли в животе? Приготовьте ему разумно сотворенный куриный бульон и оставьте его в покое.

Мы получаем огромное удовольствие от того, что в этом случае инженерия и биология объединились с механизмом на молекулярном уровне. Перед нами яркий пример того, как во время работы двигателя, возможно, происходит ремонт, а если это не ремонт, то перед нами функциональная операция, которая включает динамичный обмен частей, в то время как двигатель вращается со скоростью более 60 тыс. оборотов в минуту! Бактерии вовсе не нужно становиться на ремонт; её ремонтная бригада может починить всё на ходу. Только представьте, что необходимо было бы сделать для замены лопастей на бортовом моторе во время его вращения. Более того, вообразите, что этот процесс автоматизирован и имеет обратную связь с внешним окружением. Разве можно построить нечто подобное? В систему жгутика беспрерывно поступают FliM-части. Очевидно, существует своего рода промежуточный склад, где части хранятся и могут в любой момент быть использованы, а затем что-то направляет их в нужное место. Слишком упрощенная схема Мэнсона показывает часть, присоединяющуюся к лопасти ротора, которая может быть точкой крепления для FliM-молекул, чтобы они могли замениться во время перемены направления. Как бы это ни происходило, это совершается удивительным образом.

Вы заметили, что Мэнсон умолчал об очень важной детали? «Обмен частями в статоре и роторе может быть просто рутинным ремонтом, а скопления 18… молекул может быть устройствами хранения...». Что он сказал? Ремонт! Устройства хранения! Не стоит забывать, что мы говорим о бактерии. Это жизнь, протекающая в грязной воде. Это так, словно мы проходим мимо грязной лужи и говорим:«Где-то здесь, во тьме, может происходить обычное автоматическое управление и контрольные операции с роботизированным программным обеспечением, а закорючки могут быть гигабайтами сети хранения данных с быстрой способностью восстанавливаться. Ну, да ладно. О, да, еще здесь действует ремонтная бригада, которая может заменить лопасти на бортовом двигателе на ходу!».

Представьте, речь идет о клетках, которые, как считалось во времена Дарвина, состоят из недифференцированных желеобразных шариков. Из-за того, что эволюционисты не нашли лучшего слова для их описания, они дали клеткам неприличное пантеистическое название «протоплазма» (первое живое вещество). Каждому, кто продолжает так думать, несмотря на все открытия молекулярной биологии, должно быть стыдно. Эволюция отсутствует в этих статьях, потому что она не в состоянии ничего объяснить. Она процветала в другую эпоху, в другое время, когда обрюзгшие, империалистические, помешанные на прогрессе викторианцы, не знали ничего лучшего. Сегодня за окном век информации. Единственная теория со своей терминологией, концепциями и поясняющими материалами, способная объяснить данные, которыми так изобилует инженерия, механизмы и язык управления, — это теория разумного замысла.

 

magspace.ru

Беспламенный мотор: На бактериальной тяге

Японские исследователи сумели в буквальном смысле запрячь бактерии в хомут, заставив их вращать вал крошечного моторчика — словно лошадей, приводящих в действие средневековый насос.

Юичи Хиратсука (Yuichi Hiratsuka) и его коллеги из японского Национального института индустрии и технологий воспользовались одними из самых «скоростных» бактерий — Mycoplasma mobile, которые способны передвигаться со скоростью до 1,8 см в час. Если учесть, что длина бактерии имеет порядок в 1 микрон, получается вовсе неплохо: за час она покрывает около 18 тыс. своих размеров, что для человека среднего роста составит больше 30 км.

Исследователи построили микроскопическую круговую дорожку из белков, в центре которой закрепили 20-микронный кварцевый ротор, а сами бактерии покрыли биотином, который помогал им лучше удерживаться «на трассе». Дружно взявшись за ротор, микробы начали вращать его со скоростью от 1,5 до 2,6 оборотов в минуту. На одном кремниевом чипе исследователи сумели разместить 20 тысяч шестиугольных роторов, приводимых в движение бактериями.

Вращающий момент нового двигателя — в 10 тысяч раз меньше, чем у самых миниатюрных электромоторов, существующих сегодня. Но, по словам авторов работы, эту проблему можно легко преодолеть, увеличив число запряженных в ротор микробов с нескольких штук до сотен. Зато, в отличие от существующих искусственных микроскопических двигателей, новый мотор спокойно работает во влажной среде и не требует электропитания: бактериям достаточно скармливать глюкозу.

Такие моторы могут приводить в движение микромеханизмы, к примеру, микроскопические жидкостные насосы «лабораторий на чипе», или даже вращать микрогенераторы для выработки тока. В будущем, для устранения малейших сомнений в биологической безопасности устройства, японские ученые намерены создать подобный мотор не из живых, а из мертвых бактерий-«призраков», из которых будет удалено все лишнее, помимо движущего механизма и энергопреобразующего аппарата.

«Коммерческая биотехнология»

www.popmech.ru