2006/08/06

金曜日は鞭毛 by Matzke

進化論ブログPanda's Thumbの共同執筆者のひとりNick Matzkeが2006年8月4日付のエントリ「Friday flagellum blogging — spirochete flagella」で、発表直後の

Murphy G.E. et al., "In situ structure of the complete Treponema primitia flagellar motor", Nature advance online publication 2 August 2006.

を取り上げた。

まずは、MurphyのAbstractから:
Nature advance online publication 2 August 2006 | doi:10.1038/nature05015; Received 7 April 2006; Accepted 21 June 2006; Published online 2 August 2006

In situ structure of the complete Treponema primitia flagellar motor
Gavin E. Murphy1, Jared R. Leadbetter2 and Grant J. Jensen1

Abstract
The bacterial flagellar motor is an amazing nanomachine: built from approximately 25 different proteins, it uses an electrochemical ion gradient to drive rotation at speeds of up to 300 Hz (refs 1, 2). The flagellar motor consists of a fixed, membrane-embedded, torque-generating stator and a typically bidirectional, spinning rotor that changes direction in response to chemotactic signals. Most structural analyses so far have targeted the purified rotor3,4, and hence little is known about the stator and its interactions. Here we show, using electron cryotomography of whole cells, the in situ structure of the complete flagellar motor from the spirochaete Treponema primitia at 7 nm resolution. Twenty individual motor particles were computationally extracted from the reconstructions, aligned and then averaged. The stator assembly, revealed for the first time, possessed 16-fold symmetry and was connected directly to the rotor, C ring and a novel P-ring-like structure. The unusually large size of the motor suggested mechanisms for increasing torque and supported models wherein critical interactions occur atop the C ring, where our data suggest that both the carboxy-terminal and middle domains of FliG are found.

バクテリアの鞭毛モーターは、約25の異なるタンパク質で構築される驚きべきナノマシンであり、電気化学的イオン勾配によって300Hzまでの回転速度で駆動される。鞭毛モーターは固定された、膜-包埋したトルクジェネレータである固定子と、走化性のシグナルに応答して方向を変える典型的な双方向の回転するローターから構成される。多くの構造解析はローターのみをターゲットにしていたので、固定子およびその相互作用についてはほとんどわかっていなかった。そこで、我々は細胞全体の電子クリオトモグラフィーを使って、7ナノメートルの解像度で、トレポネーマ プリミティアから分離した鞭毛モーターの生体内原位置で構造全体を示す。20の個々のモーター粒子が計算機上で、再構築と整列と平均により分離された。初めて明らかにされた固定子の構成は、16回対称性を持っており、ローターとC環と新たに見つかったP環に似た構造に直接つながっていた。異常に大きなサイズのモーターはトルクを増大させるメカニズムを示唆し、決定的な相互作用がC環の真上で起きたことを支持する一方、我々のデータはカルボキシ末端とFliGの中間領域が見つかったことを示唆する。

http://www.nature.com/nature/journal/vaop/ncurrent/full/nature05015.html

これには鞭毛の構造の動画(26MB)がついている。
==> http://www.nature.com/nature/journal/vaop/ncurrent/extref/nature05015-s2.mov

これについてMatzkeは:
Murphy et al. 2006, reports the first in situ structure of a flagellar motor in a spirochete, Treponema primitia. Such things have been done before, for the bacterial lab rat Salmonella, but spirochetes are a whole different bacterial phylum, and they have weird flagella. First, instead of the flagella sticking outside of the cell and doing what any self-respecting flagellum would do, the flagella of spirochetes rotate entirely within the periplasm (the space between the inner and outer membrane, which includes the cell wall).

Murphy et al. 2006は、トレポネーマ プリミティアというスピロヘータの鞭毛モーターの生体内原位置での構造を初めて報告した。そのような研究はこれまでに、バクテリア性のサルモネラでは行われていたが、スピロヘータはバクテリア門が異なっており、風変わりな鞭毛を持っている。細胞から外へ突き出した鞭毛の代わりに、そして他の鞭毛がするようなことをする代わりに、スピロヘータの鞭毛は、まったくの細胞壁を含む内側と外側の細胞膜の間で回転する。

....

The authors say that there is some chance that bowl-shape vs. disk shape is an artifact of the fixation procedure, but regardless, the Treponema flagellum is further evidence that the idea that there is only one kind of flagellum, implicitly common with ID advocates, is totally bogus.

著者たちはボウル形状かディスク形状かは固定化工程での人為的なものである可能性があると言っているが、いずれにせよ、トレポネーマの鞭毛は、インテリジェントデザイン支持者たちにとって暗黙の了解である、だたひとつの種類の鞭毛しか存在しないと言う考え方がまったくのこけおどしであることの、さらなる証拠となる。

But, the really cool thing about this paper is the free supplementary video, which you can download here. Using cryo-electron tomography, they were able to reconstruct a three-dimensional image of the spirochete and its periplasmic flagella. This is a great way to get an idea in your own heads of where flagella fit into the overall structure of spirochete cells:

しかし、ほんとうにこの論文がクールなのは、付録の動画をここでダウンロードできることだ。電子クリオトモグラフィーを使って、スピロヘータとその周辺質の鞭毛の3次元イメージを再構築している。これは鞭毛がスピロヘータ細胞全体に適合していることを理解する、非常に良い方法だ。


このインテリジェントデザイン支持者の暗黙の考えだとMatzkeがいう「だたひとつの種類の鞭毛しか存在しない」とはどういうことかというと...

たくさんの種類の鞭毛があると、幾つかの部品がなくても機能するなど、還元不可能な複雑さの反証となってくるため:
The bacterial flagellum is not even irreducible. Some bacterial flagella function without the L- and P-rings. In experiments with various bacteria, some components (e.g. FliH, FliD (cap), and the muramidase domain of FlgJ) have been found helpful but not absolutely essential (Matzke 2003). One third of the 497 amino acids of flagellin have been cut out without harming its function (Kuwajima 1988).

バクテリアの鞭毛は還元不可能ではない。あるバクテリアの鞭毛はL環やP環がなくても機能する。多種のバクテリアの実験により、幾つかの部品は役に立つが、不可欠ではないことがわかっている(Matzke 2003)。鞭毛の497のアミノ酸の1/3を切り落としても、その機能を失わない(Kuwajima 1988)。

Matzke, N. J. 2003. Evolution in (brownian) space: a model for the origin of the bacterial flagellum. http://www.talkdesign.org/faqs/flagellum.html or http://www.talkreason.org/articles/flag.pdf (see also 'Background to "Evolution in (Brownian) space"',

Kuwajima, G. 1988. Construction of a minimum-size functional flagellin of Escherichia coli. Journal of Bacteriology 170: 3305-3309.

http://www.talkorigins.org/indexcc/CB/CB200_1.html
posted by Kumicit at 2006/08/06 00:01 | Comment(0) | TrackBack(0) | News | このブログの読者になる | 更新情報をチェックする
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