Ученые раскрыли происхождение одного из первых молекулярных моторов природы

Обзор роторных бактериальных ионных транспортеров. Автор: mBio (2025). DOI: 10.1128/mbio.03824-24

Исследование под руководством Оклендского университета пролило свет на эволюционное происхождение одного из первых моторов природы, который развился 3,5–4 миллиарда лет назад для движения бактерий.

Ученые создали наиболее полную картину эволюции бактериальных статоров — белков, выполняющих роль, аналогичную поршням в автомобильном двигателе, сообщает доктор Каролина Пуэнте-Лелиевр из Школы биологических наук.

Статорные белки располагаются в клеточной стенке бактерии, преобразуя заряженные частицы (ионы) в крутящий момент, создавая движение для плавания.

Согласно исследованию, опубликованному в журнале mBio, статоры, вероятно, эволюционировали из белков-переносчиков ионов — молекул, обычных для бактериальных мембран.

«Движение необходимо для жизни, от микробов до крупнейших животных», — говорит Пуэнте-Лелиевр. — «Мы распутываем историю о том, как жизнь впервые пришла в движение».

Как древние бактерии обеспечивали движение

Исследование стало возможным благодаря революционному прорыву искусственного интеллекта DeepMind AlphaFold в 2020 году, предсказывающему трехмерную структуру белков.

Бактерии относятся к нашим ранним формам жизни, существовавшим, когда Земля была покрыта вулканами и подвергалась метеоритным бомбардировкам.

В этой суровой среде бактерии развили встроенный мотор. Статоры создают мощность для вращения ротора, который крутит жгутик — длинный хвост, толкающий клетку через жидкость.

Прослеживание эволюции статорных белков

«Мы предсказали последовательности и структуры белков-предков, которые существовали миллионы или миллиарды лет назад», — говорит Пуэнте-Лелиевр.

Статор обычно состоит из пяти идентичных версий белка MotA и двух идентичных версий белка MotB.

«Эти "моторные белки" произошли от древней двухбелковой системы, которая развила множество других функций», — говорит доктор Ник Мацке. — «Это подтверждает идею, что сложные машины эволюционируют, заимствуя более простые машины».

Современные инструменты раскрывают древние секреты

В исследовании ученые сравнили 3D-структуры белков, чтобы выявить ключевые различия. В лаборатории они взяли бактерии E. coli, лишенные интерфейса, генерирующего крутящий момент, и обнаружили, что ни одна из них не может плавать.

Несмотря на миллиарды лет эволюции, основные особенности этих крошечных двигателей почти не изменились.

«Мы живем в замечательную эпоху для структурной биологии, когда новые последовательности обнаруживаются ежедневно, а инструменты вроде AlphaFold позволяют практически мгновенно исследовать структуры белков», — говорит доцент Мэтью Бейкер из UNSW Sydney.

Больше информации: Caroline Puente-Lelievre et al, Evolution and structural diversity of the MotAB stator: insights into the origins of bacterial flagellar motility, mBio (2025). DOI: 10.1128/mbio.03824-24