研究揭示了细菌如何利用古老的机制进行自我修复

新南威尔士大学悉尼科学家领导的一项新研究揭示了在细菌中发现的自然界最古老的轮子如何在困难时期自我修复。

今天发表在《科学进展》(ScienceAdvances)杂志上的这项研究表明，鞭毛——为细菌的游泳能力提供动力的古老马达——如何帮助这些微小的生物体适应其运动能力受损的环境。

细菌是地球上最古老的生物之一。它们是微小的单细胞生物，存在于每个栖息地，包括人体——那里的细菌细胞比人体细胞多。

能够游泳对于细菌如何生存和传播至关重要。但人们对驱动它们运动的马达如何帮助生物体适应恶劣环境知之甚少。

生物科技与生物分子科学学院的研究人员在全球率先使用CRISPR基因编辑技术改造鞭毛马达。他们使用合成生物学技术将钠马达设计到基因组中，以创建钠驱动的游泳细菌。然后，他们测试并追踪了细菌在环境缺钠时的适应能力。

钠是一种离子，这意味着它带有电荷。正是这种电荷通过定子或离子通道为鞭毛马达提供动力。

该团队发现定子能够快速自我修复鞭毛马达并恢复运动。这些发现可能会导致生物和医学科学领域的新进展。

“我们证明了环境变化会导致离子通道快速反应，”该论文的主要作者PietroRidone博士说。

“因此，CRISPR编辑也迅速恢复，鞭毛马达进化，然后自我调节，”Ridone博士说。

“我们立即直接在定子上看到突变这一事​​实令人惊讶，也激发了我们未来在该领域的许多研究计划。”

分子机器的力量

人体包含大约10,000种不同类型的分子机器，它们为从能量转换到运动的一系列生物功能提供动力。

细菌马达的技术远远超过了人类在纳米尺度上的综合工程。它的大小只有一粒沙子的百万分之一，却可以自行组装并以一级方程式发动机速度的五倍旋转。

“为细菌游泳提供动力的马达是纳米技术的奇迹，”该论文的合著者马修贝克副教授说。“它绝对是古代非常复杂的分子机器的典型代表。”

一个/教授。贝克说，这项研究的发现可以帮助我们更好地了解分子马达的起源的机械细节——它们是如何聚集在一起的，以及它们是如何适应的。

“这些古老的部分是研究一般进化以及运动起源和进化的强大系统。”

一个/教授。贝克说，这些发现将为合成生物学如何帮助创造新的分子马达提供信息。这些发现也可能有助于理解抗菌素耐药性和疾病的毒力。

“通过更多地了解生命的古老历史，我们正在获得知识来创造可以帮助改善我们未来的工具，”副教授/教授。贝克说。“它还可以让我们深入了解细菌在未来气候变化情景下如何适应。”