محققان دانشگاه کالیفرنیای شمالی دریافته‌اند که یک اتم منفرد (کلسیم) چگونگی حرکت باکتری‌ها را کنترل می‌کند. دانشمندان با مطالعه ساختار پروتئین درگیر در حرکت یک باکتری، نقطه‌ای را روی آن شناسایی کرده‌اند که با بستن آن، باکتری از حرکت بازمی‌ماند.
کشف وابستگی حرکت باکتری‌ها روی سطح به یک اتم
باکتری‌های می‌توانند با استفاده از یک اندام شلاق‌مانند به نام flagella درون
سیالات شنا کرده و جابه‌جا شوند. آنها همچنین می‌توانند با استفاده از پاهای الیافی
کوچکی به نام pili روی سطح جامدات راه رفته و حرکت کنند. همین امکان جابه‌جایی است
که برخی عوامل بیماری‌زا را قادر می‌سازد تا در انسان بیماری‌هایی همچون مننژیت را
ایجاد کرده و حتی موجب مرگ شوند.
حال محققان دانشگاه کالیفرنیای شمالی در Chapel Hill دریافته‌اند که یک اتم منفرد (کلسیم)
چگونگی حرکت باکتری‌ها را کنترل می‌کند. دانشمندان با مطالعه ساختار پروتئین درگیر
در حرکت Pseudomonas aeruginosa که یک عامل بیماری‌زای فرصت طلب است، نقطه‌ای را
روی باکتری شناسایی کرده‌اند که با بستن آن، باکتری از حرکت بازمی‌ماند. این یافته‌ها
یک مرحله کلیدی در آلوده‌سازی میزبان توسط باکتری‌ها را نشان می‌دهند؛ شاید بتوان
در آینده از این یافته‌ها برای توسعه داروهایی جهت جلوگیری از مبتلا شدن به بیماری‌ها
استفاده کرد.
دکتر مَتیو رِدینبو استاد شیمی، بیوشیمی و بیوفیزیک دانشگاه کالیفرنیای شمالی می‌گوید:
«زمانی که دقیق‌تر و ریزتر نگاه می‌کنیم، درمی‌یابیم که تمام این فرایند وابسته به
یک اتم است».
رِدینبو و همکارانش به همراه یک استادیار میکروبیولوژی و ایمنی‌شناسی به نام مَتیو
ولفگانگ چندین سال است تلاش می‌کنند نحوه عملکرد این پاهای کوچک یا pili را دریابند.
برای این کار به مطالعه نوع خاصی از این پاها به نام pili نوع IV پرداخته‌اند. این
نوع خاص از pili از الیاف بلند چگال تشکیل شده‌اند.
ولفگانگ می‌گوید: «این pili به عنوان قلاب‌های کششی عمل می‌کند. باکتری‌ها این
الیاف را منبسط کرده و آنها به یک سطح متصل شده یا می‌چسبند؛ سپس این الیاف منقبض
شده و باکتری را در همان سمت به جلو می‌کشند. این حرکت خزشی twitching motility
نامیده می‌شود و Pseudomonas (علت معمول ذات‌الریه بیمارستانی) بدون آن نمی‌تواند
از بافت شش به جریان خون رسیده و موجب ایجاد عفونت مرگبار شود».
محققان می‌دانستند که درون سلول‌ها موتورهای بسیار کوچکی به نام ATPaseها وجود
دارند که امکان انبساط و انقباض pili را فراهم می‌آورند. یکی از این ATPaseها موتور
انبساطی است و پای باکتری را به جلو می‌راند. ATPaseدیگری موتور انقباض است و پای
باکتری را به سمت عقب برمی‌گرداند. اما نکته مجهول این بود که چگونه این دو موتور
باهم هماهنگ می‌شوند به نحوی که عمل انبساط و انقباض به صورت همزمان اتفاق نمی‌افتد.
این چیزی است که گروه رِدینبو و ولفگانگ کشف کرده‌اند.
این پژوهشگران ابتدا ساختار بلوری پروتئین Pseudomonas PilY1 را که به نظر سایر
محققان برای ایجاد pili ضروری است، با پراش اشعه ایکس مطالعه کردند. با مطالعه این
ساختار یک نقطه خاص را که محل اتصال اتم کلسیم است، برای عملکرد این پروتئین مهم
تشخیص دادند. بنابراین شروع به دستکاری این نقطه نمودند تا تأثیر تغییرات ایجاد شده
را روی عملکرد پروتئین مشاهده نمایند.
زمانی که آنها پروتئین را به نحوی تغییر دادند که دیگر نمی‌توانست به کلسیم متصل
شود، باکتری نتوانست هیچگونه پایی ایجاد کند. زمانی که پروتئین را به نحوی تغییر
دادند که فکر کرد به طور دائمی به کلسیم وصل شده است، باکتری موفق به ایجاد پاها شد،
ولی نتوانست آنها را منقبض کند و در حقیقت فلج شده بود. این نتایج نشان می‌دهند که
اتصال این پروتئین برای ایجاد پاها ضروری است، اما برای اینکه باکتری بتواند پاها
را منقبض کند، باید بتواند اتم کلسیم را از پروتئین ذکر شده جدا کند.
رِدینبو می‌گوید: «ما دریافتیم که با اتصال یک اتم به پروتئینی که در خارج از سلول
قرار دارد، می‌توانیم به موتورهایی که درون سلول قرار دارند بگوییم که دست از
انبساط یا انقباض بکشند». آنها در حال حاضر با استفاده از ژنتیک و بیوشیمی مشغول
بررسی چگونگی ایجاد این اتصال مسافت دور هستند.
