راز حیرت‌انگیز موتورهای بیولوژیکی نامرئی که دنیا را به حرکت در می‌آورند
همشهری آنلاین – یکتا فراهانی: بسیاری از باکتری‌ها برای حرکت در محیط‌های مایع از ساختارهای دم مانند به نام تاژک استفاده می‌کنند. این تاژک‌ها توسط مجموعه‌ای پروتئینی به نام موتور تاژکی به چرخش در می‌آیند و باکتری را به جلو می‌رانند. موتور تاژکی شامل دو بخش اصلی است: روتور و استاتور. روتور، ساختاری بزرگ و چرخان است که به غشای سلولی متصل شده و حرکت تاژک را هدایت میکند.
ساختار استاتورها
استاتورها، ساختارهای کوچک‌تری هستند که روتور را احاطه می‌کنند و حاوی مسیرهای یونی برای انتقال پروتون‌ها یا یون‌های سدیم هستند. با عبور این ذرات باردار، استاتورها تغییرات ساختاری پیدا و نیرویی بر روتور وارد می‌کنند که باعث چرخش آن می‌شود. اگرچه تحقیقات گسترده‌ای روی استاتورها انجام شده، ساختار دقیق و عملکرد مسیرهای یونی آن‌ها همچنان ناشناخته باقی‌مانده است.
موتور تاژکی در Vibrio alginolyticus
در این راستا، تیمی پژوهشی به سرپرستی دکتر تاتسورو نیشیکینو از مؤسسه فناوری ناگویا، موتور تاژکی در گونه باکتریایی Vibrio alginolyticus را مورد بررسی قرار دادند. اعضای دیگر این تیم شامل نوریهیرو تاککاوا و کاتسومی ایمادا از دانشگاه اوساکا، جون‌ایچی کیشیکاوا از مؤسسه فناوری کیوتو و سیجی کوجیما از دانشگاه ناگویا بودند. نتایج این پژوهش در تاریخ ۳۰ دسامبر ۲۰۲۴ در نشریه Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America منتشر شد.
بیشتر بخوانید :
- شوک در شبه جزیره و لرزه بر ژاپن | همه نگاه ها به یون است
- سریع ترین میکروسکوپ الکترونی جهان ساخته شد
استفاده از میکروسکوپ کرایو – الکترونی برای کشف ساختارهای کلیدی
به گزارش سایت scitechdaily پژوهشگران از میکروسکوپ کرایو – الکترونی (CryoEM) استفاده کردند؛ تکنیکی قدرتمند که تصاویر با وضوح بالایی از بیومولکول‌ها با انجماد سریع آن‌ها و تصویربرداری با میکروسکوپ الکترونی به دست می‌دهد. با استفاده از CryoEM بر روی Vibrio alginolyticus در حالت‌های عادی و اصلاح‌شده ژنتیکی، تیم تحقیقاتی تصاویری از کمپلکس‌های استاتور در حالت‌های مختلف تهیه و حفره‌های مولکولی کلیدی برای یون‌های سدیم را شناسایی کردند.
مدل پیشنهادی جریان یون‌های سدیم
بر اساس نتایج، تیم پژوهشی مدلی را پیشنهاد داد که چگونگی جریان یون‌های سدیم از طریق استاتور را توضیح می‌دهد. به‌طور خلاصه، زیرواحدهایی که استاتورها را در Vibrio alginolyticus تشکیل می‌دهند و به‌صورت حلقه‌ای مرتب شده‌اند، به‌عنوان فیلترهای مبتنی بر اندازه عمل می کنند و اجازه ورود یون‌های سدیم—اما نه سایر یون‌ها—را به حفره‌های شناسایی‌شده می‌دهند. پژوهشگران همچنین مکانیسم‌هایی را که توسط آن‌ها فنمیل، یک مسدودکننده کانال یونی، جریان یون‌های سدیم از طریق استاتور را مهار میکند، تعیین کردند.
پیامدهای پزشکی و مهندسی
یافته‌های این مطالعه می‌تواند پیامدهای مهمی در حوزه پزشکی داشته باشد. دکتر تاتسورو نیشیکینو اظهار میکند: حرکت مبتنی بر تاژک در بعضی گونه‌های باکتری‌های بیماری‌زا در عفونت‌ها و سمی بودن آن‌ها نقش دارد. یکی از انگیزه‌های این مطالعه، یافتن راه‌هایی برای غیرفعال‌کردن چنین باکتری‌هایی با محدودکردن حرکت آن‌ها بود؛ بنابراین، درک مکانیسم مولکولی حرکت تاژکی برای دستیابی به این هدف کلیدی است.
علاوه بر این، دانش مربوط به موتورهای تاژکی می‌تواند به طراحی‌های نوآورانه برای ماشین‌های میکروسکوپی منجر شود. دکتر نیشیکینو می‌افزاید: موتورهای تاژکی نانو ماشین‌های مولکولی با قطری در حدود ۴۵ نانومتر و بازده تبدیل انرژی تقریباً ۱۰۰ درصد هستند. یافته‌های ما گامی بزرگ در روشن‌کردن مکانیسم‌های تولید گشتاور آن‌هاست که برای مهندسی موتورهای مولکولی در مقیاس نانو ضروری خواهد بود. البته مطالعات بیشتر جزئیات کامل این ماشین‌های طبیعی شگفت‌انگیز را بیشتر روشن خواهد کرد.
