Ученые Эксетерского университета в Англии подробно изучили строение археллума (лат. archaellum) — уникальной жгутикоподобной структуры, которая используется археями для движения. Она представляет собой маленький «биопропеллер», который может вращаться как по часовой стрелке, так и против нее, задавая направление для быстрого перемещения микроорганизма. Результаты исследования, опубликованные в журнале Nature Communication, могут быть полезны для создания микроскопических медицинских роботов для доставки лекарств внутри тела человека.
Исследователи использовали криоэлектронную микроскопию, чтобы детально охарактеризовать структуру археллума у архей вида Methanocaldococcus villosus, которые живут вблизи подводных вулканов у берегов Исландии, где температура воды может достигать около 80 градусов Цельсия. Эти микроорганизмы плавают со скоростью около 500 длин тела в секунду, то есть примерно полмиллиметра в секунду. Для сравнения скорость гепарда составляет всего лишь 20 длин тела в секунду. Это делает M. villosus одним из самых быстрых организмов на Земле.
Археллум состоит из моторного комплекса, погруженного в клеточную мембрану, и длинного спирализованного филамента, который состоит из приблизительно десяти белковых компонентов — археллинов, образующих спиральную структуру. Вращение моторного комплекса, приводящего в движение филамент, является АТФ-зависимым процессом, то есть для него необходимо расщепление молекул АТФ, высвобождающее биохимическую энергию. Большинство генов, кодирующих белок для археллума, располагаются в одном и том же опероне arl. Оперон — это структурная единица генома архей и бактерий, который состоит из нескольких генов и регуляторных областей, управляющих активностью этих генов. Гены, идущие первыми в arl — это arlA и arlB, кодирующие основные археллины филамента. Роль остальных (минорных) археллинов, кодируемых опероном, до сих пор недостаточно изучена.
У M. villosus археллум состоит из гомологичных археллинов ArlB1 и ArlB2, которые, как показала криоэлектронная микроскопия, имеют структурные отличия друг от друга. Эксперименты с нокаутом генов arl показали, что один из них придает филаменту гибкость, а другой стабильность, то есть такой гетерополимерный археллум обеспечивает микроорганизму лучшую приспособляемость к меняющимся условиям среды. Авторы работы также обнаружили, что у археллинов имеются шарниры, которые позволяют двумя частям белка перемещаться относительно друг друга, а в сердцевине археллума белки способны скользить вдоль и вращаться вокруг друг друга, что создает «молекулярную смазку». Все это обеспечивает филаменту гибкость, необходимую для выполнения пропеллерной функции.