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欢迎来到iCover博客页面！如您所知，某些类型的微生物由于鞭毛快速旋转而运动，而鞭毛的运动来源和机制早已困扰着科学界。但是迄今为止，科学家还没有成功地理解这种运动的隐藏机制，并且还没有看到这些运动的隐藏机制。一项真正的突破使得填补信息真空并阐明细菌生物引擎的主要结构特征成为可能，这是在摩根·比比（Morgan Beeby）领导下伦敦帝国理工学院的一组专家的研究。借助3D电子冷冻断层扫描技术（电子冷冻断层扫描），科学家们能够获得微生物自然生物引擎的高质量图像，从而确定与人类发明的引擎的类比和差异，分析并使生物发动机的蛋白质结构的特殊性及其设计的各个要素所发挥的功能相一致。

各种微生物在运动能力上的差异，其中一些实际上是用螺丝钉“鞭毛”“钻”出了粘性的体液（胃肠道粘液等），而其他微生物几乎被固定住了，促使科学家思考细菌具有自己的内部生物引擎，具有明确的，有限的和可测量的扭矩特征。为了证实他们的假设，科学家使用冷冻层析技术进行了一项有趣的实验。

电子3D冷冻断层扫描中使用的原理很容易理解。将冷却至一定温度的研究样品置于电子显微镜的钟形下。分子结构在低温下几乎完全不动，这使摩根比比小组从各个角度捕获了空肠弯曲菌，伤寒沙门氏菌和费氏弧菌的生物引擎照片。收集的独特图像集合使科学家能够重建上述三种细菌的生物引擎的三维模型。

_{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.}

实验表明了一个令人惊讶的事实：尽管工作的一般原理相似，但是每种微生物的微生物引擎都是独特的。在尺寸和性能水平，形状水平，机构复杂性，扭矩大小以及许多其他参数上直接或间接地影响生物电机的运行，都记录了差异。同时，对于所有类型的结构元件而言，固定的都是环形盘，其作用类似于电动机的定子。多亏了它们，生物马达产生了一定的扭矩，从而使各种鞭毛（细菌的“螺旋桨”）运动，这些鞭毛以特定环境下最佳的速度和力沿正确的方向运动。

在实验范围内，在尺寸，结构复杂性和扭矩大小方面，绝对领先者是弯曲杆菌细菌发动机，其定子圆盘的直径是沙门氏菌细菌的两倍。特征在于，设计不仅在大小上有所不同，而且在磁盘数量上也有所不同。

_{未对称的电机显示出清晰的对称性。空肠弯曲杆菌马达（A，左）显示出清晰的17倍对称性（A，右），用于改善信噪比（B）。费氏弧菌表现出13倍的对称性©，可用于改善信噪比（D）。}

科学家得出了另一个非常有趣的结论，发现了产生的能量的极限水平与细菌或病毒在体内执行的“任务”的细节之间有直接的关系。因此，例如，弯曲杆菌生物引擎产生的能量足以在细菌生存和起作用的活生物体的肠道环境中进行偏移，但不足以穿透其壁。根据科学家的说法，生物引擎的各种形状和大小，通过单一的作用原理相结合，证明了所发现机制起源的上古时代。

科学家还能够确定发动机结构元件的蛋白质成分及其组装顺序，从而证明每个元件的功能目的是使整个生物装置运转。该出版物说：“对具有不同扭矩的生物发动机的定量研究结果使我们能够清楚地表明这种生物结构的主要组成部分的目的，并消除了在理解扭矩产生和多蛋白复合物进化机理的方法上的许多重要限制。”

科学家进行的研究和获得的结果具有重要的现实意义，因为它们为创造纳米机器人提供了新的机遇，这些机器人需要具有严格定义的参数和技术特征的自主“引擎”才能实现其目标。换句话说，拥有具有必要特性的天然生物引擎数据库，纳米机器人领域的专家将能够通过从建议的数据库中选择并复制正确的选项，并通过自然界实践中的无数次测试，来创建所需的任何人造纳米模拟物。。

_{消息来源newscientist.com欢迎}
_{任何希望熟悉实验结果的人访问pnas.org。}

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