Os cientistas examinaram em detalhes a estrutura que as bactérias usam para tomar decisões

Biólogos da Universidade de Illinois apresentaram um relatório sobre o mecanismo que bactérias responsáveis ​​pela quimiotaxia - uma reação motora causada por estímulos externos. A estrutura dessa estrutura, que lembra vagamente os órgãos dos sentidos e o sistema nervoso dos organismos, foi estudada em detalhes no nível molecular.

As bactérias são capazes de se mover em direção a substâncias atraentes para elas (geralmente são nutrientes - açúcares, aminoácidos) e afastam-se das substâncias repelentes (ácidos graxos, álcoois). Ao mesmo tempo, as bactérias são muito sensíveis e são capazes de responder a alterações na concentração de substâncias em 0,1%. Além disso, os receptores bacterianos são capazes de responder à luz.

"Existem milhares de receptores na superfície de uma bactéria que examinam o ambiente e dizem às bactérias o que fazer", explica o professor Klaus Schulten. O processo se assemelha ao funcionamento dos órgãos sensoriais em animais superiores, com exceção do fato de que as bactérias não possuem um sistema nervoso central. No entanto, eles são capazes não apenas de responder a estímulos externos, mas também de usar o mecanismo da memória vestigial, que lhes permite sobreviver.

Os receptores de superfície transmitem informações para uma camada mais profunda de proteínas, chamada quinase, que interpreta os dados obtidos, com base nos quais fornece os comandos "continue se movendo" ou "mude de direção". No último caso, essa quinase transfere o comando químico para outra quinase, que controla diretamente o movimento do flagelo bacteriano.

As primeiras tentativas de estudar os princípios do funcionamento da estrutura molecular acima mencionada, usando microscópios eletrônicos e cristalografia, enfrentaram as imperfeições dessas tecnologias - em particular, sua baixa resolução. Os autores do trabalho criaram uma tecnologia que permite limpar as principais proteínas da estrutura e combiná-las para que sejam coletadas em camadas finas. Como resultado, foi possível obter imagens tridimensionais claras tanto do arranjo espacial quanto da interação entre si.

Um complexo de simulação por computador especialmente desenvolvido, que trabalhou no supercomputador Blue Waters, construiu um modelo tridimensional do sistema com base em simulações das reações de cada átomo na estrutura e nos dados obtidos por vários métodos. O modelo resultante explica em detalhes a interação entre as partes da estrutura quimiosensorial.

Uma visão nova e aprimorada de como a estrutura funciona fornece muitas respostas e levanta muitas novas perguntas. Como o sinal passa dos receptores para a quinase, o esquema de interação de todos os componentes do sistema de quimiotaxia - tudo isso ainda precisa ser estudado. Schulten compara esse processo de cognição com o estudo de relógios mecânicos complexos.

"Para entender a operação de um sistema mecânico, precisamos descobrir sua estrutura", diz ele. - Quando abrimos o relógio e vemos como as engrenagens estão conectadas, podemos começar a refletir sobre o princípio do relógio. E já sabemos como as engrenagens estão conectadas no "cérebro" das bactérias ".

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