細菌鞭毛結構。
2017年4月15日/生物谷BIOON/---在某些菌體上附有細長並呈波狀彎曲的絲狀物，少則1-2根，多則可達數百根。這些絲狀物稱為鞭毛，是細菌的運動器官。鞭毛的長度常超過菌體若干倍。細菌的鞭毛自細胞膜長出，游離於細菌細胞外，由遠端的鞭毛絲、近端的鞭毛鉤和埋置在細胞壁和細胞膜中的基體組成。鞭毛絲，亦稱絲狀體，位於鞭毛鉤以外的遠端部分。鞭毛鉤，亦稱鉤形鞘，是連接鞭毛絲和基體之間的部分。基體，又稱基粒，連接於鞭毛鉤的近端，是鞭毛中最為複雜的結構，保護一條中心杆和與其相連的2～個4環。革蘭氏陽性細菌菌的基體由S環、M環構成，革蘭氏陰性細菌的基體由L環、P環、S環、M環構成。在大腸桿菌中，L環與細胞壁外膜相連，P環與細胞壁中的肽聚糖層相連，S環位於周質間隙，M環與細胞質膜（有時也稱作內膜）相連，這四個環由中心杆連接。
細菌鞭毛的運動方式是旋轉運動的。鞭毛絲是半堅硬的「螺旋槳」，由基體帶動而推動細菌前進。鞭毛鉤比較靈活，相當於鞭毛的「萬能關節」。基體起著固定的作用，又是鞭毛運動的關鍵部件。中心杆相當於「傳動杆」，它穿過L環、P環和S環，可以自由轉動。這三個環固定在細胞壁和細胞膜上，起著軸承的作用。M環牢固地固定在中心杆的向心末端，而與細胞質膜之間可以自由轉動，相當於鞭毛的「發動機」。
細菌鞭毛是自然界最小的旋轉納米馬達之一，每分鐘旋轉高達6萬轉。為了正常地發揮功能和推進細菌運動，這種鞭毛需要它的所有組分組裝在一起來以便進行精確的測量。鞭毛中心杆起著傳動軸的作用，將來自位於細胞內部（即細胞質）中的鞭毛「發動機」的力矩傳遞到細胞外部的鞭毛絲中。這種中心杆自我組裝成具有大約25納米長的結構。
在一項新的研究中，來自美國猶他大學、加州理工學院和英國帝國理工學院的研究人員闡明了調節這種細菌鞭毛中心杆長度的機制，並且解答了關於細菌細胞如何結合在一起的一個存在已久的問題。相關研究結果發表在2017年4月14日的
Science期刊上，論文標題為「Nanoscale-length control of the flagellar driveshaft requires hitting the tethered outer membrane」。
儘管決定著其他的鞭毛組分尺寸的生物力學控制機制已被確定，但是將來自細胞內部的鞭毛「發動機」的力矩轉移到細胞外部的鞭毛絲的中心杆是未知的。論文通信作者、猶他大學生物學教授Kelly Hughes說，「鑑於這種鞭毛的大部分是在細胞的外面組裝的，鞭毛必須存在自組裝機制和也必須存在確保不同組分的最佳長度的機制。這是如何做到的呢？」
Hughes實驗室的研究生Eli Cohen利用遺傳工具探究了腸道沙門氏菌（
Salmonella enterica）的鞭毛中心杆長度控制機制的問題，但僅取得緩慢的進展。後來，在他的一次課程當中，他聽說了外膜結合蛋白Lpp的概念：Lpp將細菌外膜與細胞壁在物理上連接在一起。這種沙門氏菌被膜由內膜和外膜組成，而且它的外膜與外部世界相互作用。在內膜和外膜之間的是含有細胞壁的周質間隙。細胞生物學家之前並不知道LppA蛋白是否像柱子支撐著屋頂那樣，支撐著細胞壁，或者這種外膜是否附著到細胞壁上。
Cohen、Hughes和他們的同事們對沙門氏菌菌株進行改造以便確定LppA是否附著到這種外膜上，以及這種外膜是否影響鞭毛中心杆的長度。他們發現改變LppA蛋白的長度會改變這種周質空間的寬度和這種中心杆的長度。
Cohen說，「這種中心杆需要接觸到這種外膜的內部。因此，如果這種外膜相隔比較遠，那麼這種中心杆必須在那裡生長來接觸到它。」
Hughes補充道，「這項研究證實LppA確實附著這種外膜。如果不能夠附著這種外膜，那麼它朝遠離細胞的方向快速擴大。」
鑑於這種鞭毛是細菌的遷移能力緊密關聯，理解這種鞭毛系統的控制機制可能有助於研究人員了解如何讓有害細菌喪失遷移能力和阻止一些細菌用來感染宿主細胞的鞭毛樣系統（flagellum-like system）。（生物谷 Bioon.com）
本文系生物谷原創編譯整理，歡迎個人轉發，網站轉載請註明來源「生物谷」，商業授權請聯繫我們 。更多資訊請下載 生物谷 app.原始出處：Eli J. Cohen, Josie L. Ferreira, Mark S. Ladinsky et al. Nanoscale-length control of the flagellar driveshaft requires hitting the tethered outer membrane. Science, 14 Apr 2017, 356(6334):197-200, doi:10.1126/science.aam6512