细菌拥有我们终于能看到的 3D“生物轮”

有助于我们制造更好的纳米机器人
3D flagellum
对细菌如何驱动自身的机制进行三维观察。Morgan Beeby/伦敦帝国理工学院

在细菌的众多属性中,也许最容易被忽视但又非常重要的一个就是它能通过鞭毛(一种附着在其末端的独特附属物)进行自我驱动的能力。这一机制是一个天然存在的、生物学的“轮子”的完美典范。

如今,科学家们首次利用电子显微镜,对这些“轮子”的工作状态进行了高分辨率的三维观察。他们的研究成果已于昨天在线发表在期刊《PNAS》上。

鞭毛就像细菌末端的一个微小尾巴,使其能够穿梭于各种介质中。它通过定子(围绕着该器官马达部分的结构环)产生扭矩(即旋转力)。这些定子就像提供动力的轮子。

扭矩的大小取决于定子的数量,这导致了不同程度的动力。不同的细菌有不同数量的定子。

例如,《新科学家》指出,弯曲杆菌的马达拥有足够的动力驱动自身穿过肠道,从而导致严重的食物中毒。

与此同时,科学家们观察到的另一种与霍乱弧菌(引起霍乱的细菌)密切相关的细菌,其马达的动力程度仅为中等。

bacterial wheels
Morgan Beeby/伦敦帝国理工学院

这种多样性,以及鞭毛多次独立进化的事实,都进一步证明了它是通过自然选择逐步进化的,而非智能设计,《新科学家》对此进行了说明。

为了捕捉这些图像,一个由伦敦帝国理工学院的Morgan Beeby领导的研究团队使用了一种名为电子冷冻断层扫描的技术。该技术首先冷冻细菌,然后使用电子显微镜从不同角度拍摄图像,最后将所得图像拼接成一个三维复合图。

除了这些图像本身的新颖性和美感外,研究人员还可以通过研究它们来开发更好的纳米机器人马达,或者设计出靶向特定细菌鞭毛的、更好的抗生素。

 

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曾任《Popular Science》杂志的科学编辑。她对脑科学、微生物组和人体生理学特别感兴趣。除了《Popular Science》之外,她的作品还发表在《纽约时报》、《科学美国人》以及《Scholastic’s Science World》和《Super Science》杂志等刊物上。她拥有加州大学戴维斯分校神经生物学学士学位,以及纽约大学科学、健康和环境报道项目的科学新闻学硕士学位。


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