Реактивная сопля

Слизистые бактерии раскрыли тайну своего необычного передвижения. Оказалось, что выделяемая ими слизь – не смазка для облегчения движения, а реактивное топливо, сообщает журнал New scientist.

Миксобактерии могут существовать и поодиночке, но предпочитают объединяться в многотысячные колонии, которые перемещаются единой массой, оставляя на поверхности слизистый след. Биологи давно были убеждены в том, что микроорганизмы производят слизь в качестве смазки, чтобы легче двигаться. Однако новые данные опровергли это убеждение.

Выяснилось, что бактерии сами подталкивают себя. И продвигаются вперед, выбрасывая слизь из специальных отверстий – сопл на поверхности своего тела.

Миксобактерии (Myxobacteria)

(от греч. myха – слизь), порядок аэробных хемоорганотрофных палочковидных бактерий размером 3–15 мкм. У большинства видов имеется ядро в отличие от истинных бактерий. Вегетативная форма имеет вид грам-веретенообразных подвижных палочек, покрытых слизью. Миксобактерии подвижны, но не имеют жгутиков. Перемещаются, выделяя слизь, причем их движение носит «реактивный» характер. Размножаются перетяжкой или поперечным делением. Обитают в почве, морских и пресноводных водоемах, навозе, растительных остатках, участвуя в их разложении. В старых культурах клетки миксобактерий превращаются в округлые микроцисты, образующие плодовые тела размером до 1,5 мм разной формы и цвета – желтого, зеленого, оранжевого и др. Многие виды разлагают хитин, целлюлозу, агар и другие органические соединения. Миксобактерии могут становиться причиной эпизоотий, патогенных для человека видов не обнаружено.

Изучавший миксобактерии специалист по полимерам из университета штата Коннектикут Андрей Добрынин сравнил их с миниатюрными ракетами.
На каждом конце миксобактерии на внешней мембране имеется по 250 своеобразных «горлышек». Выбрасывая слизь из одного или из другого набора, миксобактерии могут стремительно двинуться вперед или назад, что и заставило Добрынина уподобить бактерии ракетам. Скорость перемещения достигает 10 микрометров в секунду.

Коннектикутские ученые смоделировали формирование слизи, чтобы посмотреть, как бактериям удается организовать свое реактивное движение. Ее ключевой компонент – полисахарид, цепочка мономеров, созданных в ходе процесса полимеризации, который соединяет молекулы в «сопле». Когда скорость создания цепи небольшая, слизь медленно сочится из «горлышек» и перемещения бактерии не происходит. Если же слизь производится быстрее, чем расходуется, возникает ее определенный излишек. Слизь подвергается компрессии в районе сопла, после чего выталкивается наружу, давая бактерии толчок.

Химик Майкл Рубинштейн из университета Северной Каролины в Чапел Хилл заявил, что принцип передвижения миксобактерий в будущем можно применить в нанодвигателях небольших искусственных объектов: они могут стать основой для доставки лекарственных препаратов в заданную точку организма.

Проблемой нанодвигателей занимаются многие ученые. Например, около двух месяцев назад ученые из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе (UCLA) и их коллеги из университета Болоньи продемонстрировали наноразмерное транспортное устройство, работающее от солнечного света. Наномотор состоит из одной-единственной сложно устроенной молекулы – ротоксана. В поперечнике он составляет 5 нанометров. Механически переплетенные молекулы образуют кольцо, надетое на стержень и зафиксированное упорами с обеих сторон. Кольцо способно смещаться вперед-назад на расстояние 1,3 нанометра. Наномотор работает в четыре цикла, из-за чего ученые в шутку уподобили его поршню ДВС.

Как писали авторы в опубликованной в Proceedings of the National Academy of Sciences статье, в качестве топлива в ротоксане выступает электрон.

Солнечный свет инициирует его «пробег» по цепочке атомов, заставляя смещаться кольцо. Затем электрон перебрасывается с одного конца молекулы на другой, и устройство возвращается к исходному положению. Полный цикл происходит менее чем за тысячную долю секунды. Соответственно, двигатель может работать с частотой 1000 Гц – что соответствует автомобильному двигателю, совершающему 60 тыс. об./мин. Двигатель совершенно автономен, функционирует в жидких растворах при комнатной температуре и работает, пока есть свет.

Правда, каковы шансы у искусственного двигателя выжить в организме человека, пока не ясно. А слизистые бактерии довольно живучи, что может послужить дополнительным стимулом к их преобразованию в транспортное средство для точечного введения лекарств.