1秒鐘跑出自己身長60倍、甚至100倍的距離是很多細菌具有的運動能力。細菌的運動能力依賴于其特異的運動器官—鞭毛。鞭毛是一個巨大的納米機器，由細胞膜上的馬達、胞外接頭裝置和鞭毛絲組成，是自然界中最高效、最精密的分子引擎，也是最復(fù)雜的蛋白質(zhì)機器之一，能夠每秒鐘旋轉(zhuǎn)300-2400圈。由于其高度復(fù)雜性，鞭毛馬達的工作原理尚未得到揭示。
在國家重點研發(fā)計劃“蛋白質(zhì)機器與生命過程調(diào)控”重點專項的支持下，浙江大學研究團隊利用冷凍電鏡技術(shù)解析了來源于病原菌沙門氏菌的天然狀態(tài)下的鞭毛馬達-接頭裝置復(fù)合物的原子分辨率冷凍電鏡結(jié)構(gòu)，該復(fù)合物包含12種蛋白，共計175個亞基，總分子量超過6.3 MDa。該團隊首先解析了整體鞭毛馬達-接頭復(fù)合物的3.9 Å結(jié)構(gòu)，之后進行了局部細化解析，最終將聯(lián)動桿、外膜-周質(zhì)環(huán)、內(nèi)膜環(huán)、分泌裝置以及接頭裝置等鞭毛馬達不同部位的局部分辨率依次達到3.2 Å、2.8 Å、3.6 Å、3.2 Å和3.4 Å。研究團隊還揭示了鞭毛馬達帶動鞭毛絲高速轉(zhuǎn)動的機制：內(nèi)膜環(huán)克服馬達內(nèi)部的結(jié)構(gòu)不對稱性向聯(lián)動桿傳輸扭矩；外膜-周質(zhì)環(huán)驅(qū)動聯(lián)動桿高速旋轉(zhuǎn)；聯(lián)動桿通過緊密的管狀結(jié)構(gòu)與接頭裝置相連，將扭矩傳遞至接頭裝置，進而帶動鞭毛絲的轉(zhuǎn)動，像潛艇螺旋槳一樣驅(qū)動了細菌的運動。該研究首次揭示了細菌鞭毛馬達獨特的高分辨率精細結(jié)構(gòu)及其組裝和扭矩傳輸機制，闡釋了鞭毛馬達的工作原理。
該研究有利于更好地了解微觀世界的分子發(fā)動機，也為相關(guān)的合成生物學、生物物理學、納米機器人等研究奠定了堅實的基礎(chǔ)，研究成果近期發(fā)表在Cell雜志上。
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