名古屋大学 图1:细菌鞭毛是由细胞表面产生的
马达埋在鞭毛丝基部的细胞膜内(用白色箭头表示)
使用冷冻电子显微镜通过三维断层图像的横截面显示运动部分
(乙)中的白虚线在(丙)中放大
碳环和运输装置的密度很容易观察到
信用:刘军 日本名古屋大学的科学家和美国耶鲁大学的同事发现了细菌推进器的细节，细菌推进器被称为鞭毛，它是如何在逆时针和顺时针旋转之间切换，从而控制其运动的
这些发现发表在《电子生命》杂志上，其中包括一个显示鞭毛运动部分结构变化的模型
弧菌是生活在沿海水域的杆状生物
它们会导致严重的肠道和软组织感染，最终导致感染性休克和多器官衰竭
“由于气候变化，随着水温上升，弧菌感染预计会增加，”名古屋大学超分子生物学家道雄·霍马说
“它们已经进化出一种复杂的鞭毛驱动的能动性，以促进它们对宿主生物的入侵
我们想想象他们的马达如何在顺时针和逆时针旋转之间转换，以进一步理解这种运动
" 为此，霍姆马和他的同事使用了一种叫做低温电子断层扫描的先进成像技术，在这种技术中，当冷冻样本倾斜时，可以拍摄它们的图像，以产生二维图像，然后将这些图像组合起来，产生三维重建
科学家们使用了两种突变弧菌的样本，这两种细菌的鞭毛只能顺时针或逆时针旋转
这使得他们能够比较这两种运动，并推断细菌运动中发生的改变，从而转换方向
“我们的比较分析和分子模型提供了第一个结构证据，表明鞭毛马达经历了一次深刻的重排，从而实现了旋转开关，”霍姆马说
图2:鞭毛马达由一系列由蛋白质结合的环组成
科学家们专门研究了存在于细菌细胞质中的碳环(蓝色)
C环由FliG、FliN和FliN蛋白组成
科学家们发现，在从逆时针旋转到顺时针旋转的转换过程中，FliG的一部分移动，暴露出带电的残留物，因此它们与定子相互作用。
信用:刘军 科学家们发现，从逆时针到顺时针的转换涉及到一种叫做CheY-P的信号蛋白，它与鞭毛马达C环上一种叫做FliM的蛋白结合。
这导致另一种被称为FliG的运动蛋白以一种方式移动，使其表面的带电残基暴露于一种被称为马坡的跨膜蛋白，这种跨膜蛋白与另一种被称为PomB的蛋白质一起形成了被称为定子的运动的静止部分。
FliG残留物和马坡之间的相互作用可能会导致定子的变化，从而导致离子流产生扭矩，最终使C形环旋转
霍姆马说:“低温电子断层扫描技术发展迅速，使得以更高的分辨率揭示运动结构变得越来越可能。”
“目前的这项研究通过对弧菌鞭毛运动的冷冻电子断层扫描提供了最高分辨率的图像之一
这项和未来的研究将进一步加深我们对鞭毛装配和功能的理解
" 这项研究是名古屋大学和刘军在耶鲁大学的团队合作进行的
公共卫生
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学生Tatsuro Nishikino得到了名古屋大学绿色自然科学综合研究生教育和研究项目的支持
这篇题为“溶藻弧菌的鞭毛运动在旋转转换过程中经历了主要的结构重塑”的论文于2020年9月7日在线发表在《电子生命》杂志上
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