🎿 🍩 🌫️ تم الحصول على صور عالية الجودة ، وتم إنشاء نموذج ثلاثي الأبعاد وتم تحليل آلية عمل المحركات الحيوية البكتيرية النانوية. 🍹 😶 👩🏼‍🤝‍👨🏿

مرحبًا بك في صفحات مدونة iCover! كما تعلم ، فإن بعض أنواع الكائنات الحية الدقيقة تتحرك بسبب السوط التي تدور بسرعة ، والتي مصدرها وآلية حركتها لطالما طاردت العالم العلمي. ولكن حتى الآن ، لم ينجح العلماء في فهم الآليات الخفية لهذه الحركة ، فضلاً عن تصورها. كان الاختراق الحقيقي الذي جعل من الممكن ملء فراغ المعلومات وتوضيح السمات الهيكلية الرئيسية للمحرك البيولوجي للبكتيريا هو دراسة مجموعة من المتخصصين في Imperial College في لندن تحت قيادة Morgan Beeby. باستخدام تقنية التصوير بالتبريد الإلكتروني ثلاثي الأبعاد (التصوير بالتبريد الإلكتروني) ، تمكن العلماء من الحصول على صور عالية الجودة للمحركات الحيوية الطبيعية للكائنات الحية الدقيقة ، لتحديد أوجه التشابه والاختلاف مع المحركات التي اخترعها الإنسان ،تحليل ودمج المراسلات خصوصيات التركيب البروتيني للمحركات الحيوية والوظائف التي تؤديها العناصر الفردية لتصميمها.

أدى الاختلاف في القدرات الحركية للكائنات الحية الدقيقة المختلفة ، بعضها "حفر" سوائل الجسم اللزجة حرفيا (المخاط المعدي المعوي ، وما إلى ذلك) مع "سوط" المسمار ، في حين أن البعض الآخر غير ثابت تقريبا ، دفع العلماء إلى التفكير أن للبكتيريا محركها البيولوجي الداخلي الخاص بها مع خصائص عزم دوران محددة ومحدودة وقابلة للقياس. لتأكيد فرضيتهم ، أجرى العلماء تجربة مثيرة للاهتمام باستخدام تقنية التصوير بالتبريد.

المبدأ المستخدم في التصوير بالتبريد ثلاثي الأبعاد الإلكتروني بسيط بما يكفي لفهمه. توضع العينات المدروسة المبردة إلى درجة حرارة معينة تحت جرس مجهر إلكتروني. سمحت الجمود شبه الكامل للبنية الجزيئية في درجات حرارة منخفضة لمجموعة Morgan Bibi بالتقاط مجموعة كاملة من الصور للمحركات البيولوجية للبكتيريا Campylobacter Jejuni و Salmonella Tyhimurium و Vibrio Fischeri من زوايا مختلفة. سمحت المجموعة المجمعة من الصور الفريدة للعلماء بإعادة إنشاء نموذج ثلاثي الأبعاد للمحرك البيولوجي للبكتيريا من الأنواع الثلاثة المذكورة أعلاه.

الصورة

_{High-torque bacterial flagellar motors assemble large periplasmic disk complexes. (A–C) Tomographic slices through intact cells of Salmonella (A), V. fischeri (B), and C. jejuni © showing individual flagellar motors. Height of all image panels is 100 nm. (D–F) Slices (100 × 100 × 0.81 nm) through subtomogram averages of hundreds of motors. Color keys indicate the regions of the motor (named in G–I), of Salmonella (average of 286 motors) (D), V. fischeri (average of 302 motors) (E), and C. jejuni (average of 156 motors) (F). (G–I) Isosurface renderings of motors shown in D–F. FliI and FlhAC are components of the flagellar type III secretion system.}

أظهرت التجارب حقيقة مذهلة: على الرغم من تشابه المبادئ العامة للعمل ، فإن المحركات الميكروبيولوجية لكل نوع من الكائنات الحية الدقيقة فريدة من نوعها. يتم تسجيل الاختلافات على مستوى الحجم والأداء ، وعلى مستوى الشكل وتعقيد الآلية وحجم العزم والعديد من المعلمات الأخرى التي تؤثر بشكل مباشر وغير مباشر على تشغيل المحركات الحيوية. في نفس الوقت ، تم إصلاح جميع أنواع العناصر الهيكلية من الأقراص الثابتة ، التي تلعب دورًا مشابهًا للجزء الثابت للمحرك. وبفضلهم ، يولد المحرك الحيوي عزمًا معينًا ، والذي يحرك جميع أنواع السوط - "مراوح" البكتيريا ، والتي تحركها في الاتجاه الصحيح بالسرعة والقوة المثلى لبيئة معينة.

كان القائد المطلق من حيث الحجم وتعقيد البناء وحجم عزم الدوران في حدود التجربة هو محرك بكتيريا كامبيلوباكتر ، الذي يبلغ قطر القرص الثابت منه ضعف المعلمة مثل بكتيريا السالمونيلا. من المميز أن التصاميم لا تختلف فقط في الحجم ، ولكن أيضًا في عدد الأقراص.

_{المحركات غير المتماثلة التي تظهر تناظر واضح. أظهرت محركات C. jejuni (A ، Left) تناظرًا واضحًا 17 ضعفًا (A ، Right) ، تم تطبيقه لتحسين نسبة الإشارة إلى الضوضاء (B). عرض V. fischeri تناظر 13 ضعفاً ، تم تطبيقه لتحسين نسبة الإشارة إلى الضوضاء (D).}

توصل العلماء إلى استنتاج آخر مثير للاهتمام للغاية ، حيث وجدوا علاقة مباشرة بين الحد الأقصى من الطاقة المنتجة وخصائص "المهمة" التي تؤديها بكتيريا أو فيروس في الجسم. لذلك ، على سبيل المثال ، الطاقة المولدة من المحرك البيولوجي كامبيلوباكتر كافية للقيام برحلات داخل البيئة المعوية للكائن الحي ، حيث تعيش البكتيريا ووظائفها ، ولكنها ليست كافية لاختراق جدرانها. وفقا للعلماء ، يشهد تنوع أشكال وأحجام المحركات البيولوجية ، التي توحدها مبدأ واحد للعمل ، لصالح العصور القديمة للألية المكتشفة.

تمكن العلماء أيضًا من تحديد مكونات البروتين للعناصر الهيكلية للمحرك وتسلسل تجميعها ، مما يبرر الغرض الوظيفي لكل عنصر من العناصر لتشغيل الجهاز البيولوجي بأكمله. يقول المنشور: "لقد سمحت لنا النتائج الكمية لدراسات المحركات الحيوية بعزم دوران مختلف أن نشير بوضوح إلى الغرض من المكونات الرئيسية لهذا الهيكل البيولوجي وإزالة عدد من القيود الهامة على طريقة فهم آليات توليد عزم الدوران وتطور المجمعات المتعددة البروتينات".

البحوث التي أجراها العلماء والنتائج التي تم الحصول عليها لها أهمية عملية كبيرة ، لأنها تفتح فرصًا جديدة بشكل أساسي لإنشاء روبوتات نانوية تحتاج إلى "محركات" مستقلة ذات معلمات وخصائص تقنية محددة بدقة لتحقيق أهدافها. بمعنى آخر ، وجود قاعدة بيانات للمحركات البيولوجية الطبيعية ذات الخصائص الضرورية ، سيتمكن المتخصصون في مجال الروبوتات النانوية من إنشاء أي نظير نانو اصطناعي تحتاجه ببساطة عن طريق تحديد ونسخ الخيار الصحيح من قاعدة البيانات المقترحة ومرات لا حصر لها تم اختبارها في الممارسة من قبل الطبيعة نفسها .

_{Source newscientist.com}
_{أي شخص يرغب في التعرف على نتائج التجربة مرحبًا به على pnas.org}

أعزائي القراء ، يسعدنا دائمًا أن نلتقي وننتظرك على صفحات مدونتنا. نحن على استعداد لمواصلة مشاركة أحدث الأخبار ومواد المراجعة والمنشورات الأخرى معك ، وسنحاول بذل قصارى جهدنا لجعل الوقت الذي تقضيه معنا مفيدًا لك. وبالطبع ، لا تنسى الاشتراك في أعمدتنا .
مقالاتنا وأحداثنا الأخرى

تم الحصول على صور عالية الجودة ، وتم إنشاء نموذج ثلاثي الأبعاد وتم تحليل آلية عمل المحركات الحيوية البكتيرية النانوية.

More articles: