乐乐鞭毛运动研究开发了细胞力学的新见解

德克萨斯A&M大学Artie McFerrin化学工程系助理教授Pushkar Lele正在开发细菌力学细菌的新见解，以帮助设计能够抵抗传染性昆虫定植的优质生物医学植入物。乐乐集团还专注于揭示生物软物质相互作用的基本原理，以构建基于生物纳米技术的分子机器。Lele的实验室目前专注于一种独特的细菌旋转装置 - 鞭毛马达。

根据Lele的说法，已经确定了运动细菌如何使用鞭毛马达游泳并对化学刺激作出反应。这使细菌能够寻找营养物质并逃避有害化学物质。然而，在他最近的工作中，Lele现在证明了电机对机械刺激也很敏感，并确定了负责响应的蛋白质成分。感应启动对多种蛋白质组件的敏感控制，这些蛋白质组合形成电动机。对电动机组件的控制有助于微调细胞行为并促进在各种环境中存活的机会。

“细菌的触觉是什么?它们很可能使用鞭毛等附属物来检测固体基质，类似于我们使用的手指，”Lele说。“他们如何使用鞭毛识别基质一直是生物学中一个长期存在的问题，具有巨大的生物医学意义。我们的研究结果已经解决了这个重要问题。我们现在知道[如何]电机组件参与传感基板[和]想知道这些传感器如何触发最终导致感染的信号网络。“

乐乐和他的团队试图了解鞭毛如何使细胞适应环境并与之相互作用。该小组目前的重点是在分子水平上解释有助于在基质上进行定植和侵袭的机制，例如生物医学植入物。

“我们正在构建一套工具和一定程度的理解，这将有助于我们解释细胞如何识别线索，适应并最终在重复的环境挑战中存活下来，”Lele说。“我们的重点不一定是用抗生素破坏虫子，因为这是一种促进抵抗的有保障的方法。相反，我们想通过诱使细胞不识别基质来解决这个问题，从而间接地掩盖基质。”

根据Lele的说法，这可以通过干扰细胞信号传导并防止病原体获得立足点来实现。然后身体必须摆脱病原体。

“删除信令网络中的一个重要组件，”Lele说。“你可以用一个链中的100个人来思考它。如果你移除一群人，那么那个信号就会中断。如果组件可以被停用，那就太好了;否则我们操纵输入的信号。我们不会杀人细胞，但虫子不能再打开殖民化所需的基因。“

Lele及其团队的这些努力针对的是不断增长的公共健康问题 - 抗生素耐药性。成群的细菌或包裹在生物膜中的细菌易于对目前使用的最有效的抗生素产生抗性。Lele说，这项研究可以挽救生命，在这个行业中，导管相关的尿路感染导致的死亡人数每年从10,000到13,000。但是，这些应用不仅限于医疗保健行业。

“除了对公共卫生的明显影响之外，各种行业都可以从这类工作中受益，”Lele说。“细菌会在任何可能的地方造成恶作剧。工程材料的生物污染是一个古老且昂贵的问题，每年造成数十亿美元的损失。”

Lele所做的研究也与生物纳米技术领域有关。利用生物结构作为模板，乐乐和他的合作者旨在指导人造马达在这些长度尺度上的自组装。

“研究这种结构的一个很好的理由是，这些是用于理解纳米级复杂现象的模型系统。” 乐乐说。“我们如何最好地模仿自然并指导纳米尺度的物体组装?在自上而下和自下而上的技术方面取得了相当大的进步，可以在最小的长度尺度上建立有用的特征。但是精度和自然界实现的功能仍然超出了我们的范围：尝试构建一个可以感知各种信号的智能电子设备，充当反馈控制器，按需修复自身，同时通过环保燃料提供不间断的电力供应“。

Lele认为他在化学工程，软物质和生物物理学方面的跨学科培训能够做到这一点。

“无论你是工程师，物理学家还是生物学家，分子尺度的运动都是非常吸引人的，”Lele说。“一旦你目睹了它，你想要解释它。我们希望更进一步，利用我们的理解来开发有希望让生活更轻松的技术。”