वैज्ञानिकों ने सुलझाया 50 साल पुराना रहस्य- कैसे चलते हैं बैक्टीरिया?

बैक्टीरिया लंबे, धागे जैसे उपांगों को सर्पिल आकार में घुमाकर आगे बढ़ते हैं जो अस्थायी प्रशंसकों के रूप में कार्य करते हैं।

वर्जीनिया विश्वविद्यालय के वैज्ञानिकों ने एक दशक पुराने रहस्य को सुलझा लिया है।

के शोधकर्ता वर्जीनिया विश्वविद्यालय मेडिकल स्कूल और उनके सहयोगियों ने लंबे समय से चले आ रहे इस रहस्य को सुलझाया है कि ई. कोलाई और अन्य बैक्टीरिया कैसे चलते हैं।

बैक्टीरिया अपने लंबे, धागे जैसे सिरों को सर्पिल आकार में घुमाकर आगे बढ़ते हैं, जो अस्थायी प्रशंसकों के रूप में कार्य करते हैं। हालांकि, क्योंकि “प्रशंसक” एक ही प्रोटीन से बने होते हैं, विशेषज्ञ इस बात से चकित होते हैं कि वे इसे वास्तव में कैसे करते हैं।

एडवर्ड एच। शोधकर्ताओं ने क्रायो-ईएम तकनीक और शक्तिशाली कंप्यूटर मॉडलिंग का उपयोग यह प्रकट करने के लिए किया कि कोई पारंपरिक ऑप्टिकल माइक्रोस्कोप क्या नहीं देख सकता है: व्यक्तिगत परमाणुओं के स्तर पर इन प्रोपेलर की असामान्य संरचना।

यूवीए डिपार्टमेंट ऑफ बायोकैमिस्ट्री एंड मॉलिक्यूलर जेनेटिक्स के ईगलमैन ने कहा, “जबकि ये फिलामेंट्स इस तरह के नियमित कुंडलित आकार के लिए 50 वर्षों से मौजूद हैं, हमने अब इन फिलामेंट्स की संरचना को परमाणु विस्तार से निर्धारित किया है।” “हम दिखा सकते हैं कि ये मॉडल गलत थे, और हमारी नई समझ उन प्रौद्योगिकियों के लिए मार्ग प्रशस्त करने में मदद करेगी जो इस तरह के लघु प्रोपेलर पर आधारित हो सकती हैं।”

वर्जीनिया स्कूल ऑफ मेडिसिन विश्वविद्यालय के एडवर्ड एच। ईगलमैन, पीएचडी, और उनके सहयोगियों ने क्रायो-इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी का उपयोग करके यह प्रकट किया है कि बैक्टीरिया कैसे चलते हैं – 50 साल से अधिक के रहस्य को समाप्त करते हैं। ईगलमैन के पिछले फोटोग्राफिक कार्य ने उन्हें प्रतिष्ठित नेशनल एकेडमी ऑफ साइंसेज में शामिल होते देखा है, जो एक वैज्ञानिक को प्राप्त होने वाले सर्वोच्च सम्मानों में से एक है। श्रेय: डैन एडिसन | वर्जीनिया संचार विश्वविद्यालय

बैक्टीरिया के ‘सुपर-प्रोफाइल’ के आरेख

विभिन्न जीवाणुओं में एक या एक से अधिक उपांग होते हैं जिन्हें फ्लैगेला या बहुवचन, फ्लैगेला के रूप में जाना जाता है। एक फ्लैगेलम में हजारों सबयूनिट होते हैं, जो सभी समान होते हैं। आप सोच सकते हैं कि ऐसी पूंछ सीधी होगी, या कम से कम कुछ फ़्लॉपी होगी, लेकिन यह बैक्टीरिया को हिलने से बचाएगी। यह इस तथ्य के कारण है कि ऐसे रूप गति उत्पन्न नहीं कर सकते हैं। बैक्टीरिया को आगे ले जाने के लिए एक घूमने वाले, स्विच जैसे पंखे की आवश्यकता होती है। वैज्ञानिक इस आकार को विकसित करने को “सुपर-ट्विस्टिंग” कहते हैं और अब वे जानते हैं कि बैक्टीरिया 50 से अधिक वर्षों के शोध के बाद इसे कैसे करते हैं।

ईगलमैन और उनके सहयोगियों ने पाया कि फ्लैगेलम बनाने वाला प्रोटीन क्रायो-ईएम का उपयोग करके 11 अलग-अलग राज्यों में मौजूद हो सकता है। कुंजी का आकार इन अवस्थाओं के सटीक संयोजन द्वारा आकार दिया जाता है।

बैक्टीरिया में पंखा आर्किया नामक एकल-कोशिका वाले हृदय जीवों द्वारा उपयोग किए जाने वाले समान प्रशंसकों से काफी भिन्न माना जाता है। आर्किया पृथ्वी पर कुछ सबसे चरम वातावरण में पाए जाते हैं, जैसे लगभग उबलते तालाबों में।[{” attribute=””>acid, the very bottom of the ocean and in petroleum deposits deep in the ground.

Egelman and colleagues used cryo-EM to examine the flagella of one form of archaea, Saccharolobus islandicus, and found that the protein forming its flagellum exists in 10 different states. While the details were quite different than what the researchers saw in bacteria, the result was the same, with the filaments forming regular corkscrews. They conclude that this is an example of “convergent evolution” – when nature arrives at similar solutions via very different means. This shows that even though bacteria and archaea’s propellers are similar in form and function, the organisms evolved those traits independently.

“As with birds, bats, and bees, which have all independently evolved wings for flying, the evolution of bacteria and archaea has converged on a similar solution for swimming in both,” said Egelman, whose prior imaging work saw him inducted into the National Academy of Sciences, one of the highest honors a scientist can receive. “Since these biological structures emerged on Earth billions of years ago, the 50 years that it has taken to understand them may not seem that long.”

Reference: “Convergent evolution in the supercoiling of prokaryotic flagellar filaments” by Mark A.B. Kreutzberger, Ravi R. Sonani, Junfeng Liu, Sharanya Chatterjee, Fengbin Wang, Amanda L. Sebastian, Priyanka Biswas, Cheryl Ewing, Weili Zheng, Frédéric Poly, Gad Frankel, B.F. Luisi, Chris R. Calladine, Mart Krupovic, Birgit E. Scharf and Edward H. Egelman, 2 September 2022, Cell.
DOI: 10.1016/j.cell.2022.08.009

The study was funded by the National Institutes of Health, the U.S. Navy, and Robert R. Wagner.