Цивилизация
Самое могучее создание на Земле вовсе не слон и не кит. И даже не муравей. Если считать по отношению веса организма к силе, которую он способен прикладывать, рекордсменами окажутся бактерии. Если бы на каждый грамм человеческого веса приходилось по столько же силы, сколько на грамм веса бактерии Neisseria gonorhoeae, вызывающей гонорею, каждый из нас смог бы легко и непринуждённо жонглировать целыми многоэтажным домами, ну или хотя бы хрущёвскими пятиэтажками весом в несколько тысяч тонн.
Такую силу бактериям дают фимбрии — тонкие нити, которые могут быть в несколько раз длиннее самой бактерия и имеются у многих доядерных микроорганизмов. Свободно живущие микробы используют их для передвижения и захвата питательных веществ, а паразиты — для проникновения внутрь хозяйских клеток и нарушения естественного хода внутриклеточных процессов — то есть, грубо говоря, тоже для питания. Есть у бактерий и специальные половые фимбрии, с помощью которых организмы осуществляют обмен генетическим материалом.
Учёные научились измерять силу этих «щупалец», заселяя бактериями предметные стёкла микроскопов, на которых до этого были выращены крохотные эластичные волоски из пластика. Получается что-то вроде пружинного динамометра: наблюдая за величиной отклонения волосков при захвате их бактериальными фимбриями, можно измерить силу бактерии. Оказывается, каждая фимбрия способна прикладывать силу величиной от нескольких десятков до сотни пиконьютонов, что эквивалентно весу от нескольких до десятка нанограммов. Это в 10 000 рез больше, чем вес самой бактерии.
Однако, как заметили микробиологи из американских Колумбийского и Аризонского университетов и Седьмого университета Парижа, Neisseria gonorhoeae иногда каким-то образом умудряются прикладывать силу в десятки раз больше, чем остальные бактерии, — до одного наноньютона. Это грандиозное значение, в 100 000 раз превосходящее вес бактерии. Если бы она была способна использовать эту силу исключительно для ускорения, то для разгона до второй космической скорости понадобилась бы лишь одна сотая секунды, а на разгон с места до 100 км/час — всего 30 микросекунд.
Учёные предположили, что секрет такой силы — совместная работа нескольких «щупалец». Наблюдения показали, что это действительно так: отдельные фимбрии одной конкретной разновидности (фимбрии типа IV) способны объединяться в целые жгуты, до десятка нитей в каждом. Работа учёных опубликована в последнем номере PLoS Biology, её сопровождают несколько видеофрагментов, показывающих взаимодействие крохотных эластичных волосков с бактериями (ролики: 1, 2, 3, 4).
«Это один из самых сильных наномоторов, известных в биологии», — говорит Магдалина Со из Аризонского университета.
По мнению Со, данный механизм очень важен для понимания механизма заражения человеческих клеток не только гонореей, но и другими инфекциями — например, туберкулёзом. Именно таким образом работает и сама гонорейная бактерия: прикладывая силу к поверхности клеток, она нарушает естественный обмен веществ в клетке и «обманывает» её защитную систему, делая проще процесс проникновения своих собратьев внутрь и из клетки.
