Bakteerimoottoreita on moneen lähtöön. Moottori tuottaa voiman bakteerin siimaan, joka pyörii kuin potkuri. Joskus bakteeri voi puskea sen avulla eri kalvojen läpi. Kuva: Morgan Beeby/Imperial College London

Bakteerimoottorille ovat ominaisia rengasmaiset ja pyöreät muodot ja siima, joka pyörii kuin potkuri.

Nanotutkijat ja biologit ovat ensi kertaa kuvanneet tarkasti luonnon moottoreita. Ne ovat pieniä pyöriä ja vaihteistoja, jotka ovat kehittyneet evoluutiossa.

Näitä niin sanottuja bakteerimoottoreita monenlaisia. Yhteistä niille ovat pyöreät muodot ja siima ulkopinnassa. Siiman avulla bakteeri pääsee eteenpäin.

Voiman tuo häntään juuri bakteerin oma moottori. Moottorin osat koostuvat proteiineista, jotka ovat vain muutaman kymmenen nanometriä leveitä. Yksi nanometri on metrin miljardisosa.

Bakteerin siimat toimivat pyörivällä mekanismilla. Spiraalinmuotoisesti pyörivä siima on konetekniikan näkökulmasta potkuri.

Nyt näitä moottoreita ja niiden osia, kuten ”vaihteistoa”, on ensi kertaa kuvattu tarkasti ja kolmiulotteisesti, kertoo New Scientist.

Matemaattisesti ne vastaavat ihmisten valmistamien moottorien eroja, kertoo Yhdysvaltain tiedeakatemian lehti Pnas.

Biologi Morgan Beeby ryhmineen käytti bakteerimoottorin kuvaamiseen elektronimikroskooppia ja jäädytystekniikoita, jossa bakteerit jäädytettiin nopeasti –180 asteeseen. Jäädytyksen avulla moottorin rakenne säilyi ja bakteereja sai näin kuvattua eri kulmista. Työ tehtiin Imperial Collegessa Lontoossa.

Eri bakteerimoottoreiden rakenne on hyvin samanlainen. Eroja on ”koneiston” voimassa eli bakteerin uimakyvyssä. Esimerkiksi Campylobacter jejuni ui niin vahvasti, että se pääsee vatsaa suojaavan vatsakalvon läpi.

Tämä bakteeri voikin aiheuttaa ruokamyrkytyksiä. Muille bakteereille vatsaa suojaava kalvo on liian paksu.

Moottoreissa pyörittävä voima syntyy rakenteissa, joita sanotaan moottorin staattoreiksi eli seisojiksi. Seisoja on tavallisen sähkömoottorin olennainen osa.

Ryhmä havaitsi, että Campylobacter jejuni -bakteerissa oli kaksi kertaa enemmän seisojia moottorin ympärillä kuin Salmonellassa. Nämä rakenteet olivat isommalla kehällä. Se lisää potkurin vääntöä, kertoo Science Daily News.

Vahvimmilla uimareilla on bakteerimoottorissa lisäosia, mikä lisää vääntömomenttia siimaan. Leveämpi bakteerin rengas tuo enemmän vipuvoimaa potkurin pyörittämiseen.

”Ensi kertaa näemme, miten nämä nanokoon molekyylikoneet ovat kehittyneet monta kertaa bakteereista ja sopeutuneet uusiin ympäristöihin. Näemme nyt myös kohteita, joihin voimme joskus kohdistaa lääkkeitä”, sanoo Beeby.

Nanorobotiikan tutkijat haluaisivat käyttää näitä luonnon omia bakteerimoottoreita. Silloin ei tarvitsisi rakentaa omia.

Bakteerikantoja vertailemalla tutkijat päättelivät, että tällaisia rakenteita on alkanut ilmaantua evoluutiossa jo kaksi miljardia vuotta sitten.

Beebyn ryhmä selvittää nyt, miten ja minkä vaiheiden kautta eri moottorit syntyivät.

New Scientistin mukaan Beebyn havaintojen pitäisi horjuttaa kreationistien uskoa siihen, että joku on luonut tällaiset koneistot. Heidän mielestään bakteerimoottorit ovat niin mutkikkaita, että ne tarvitsevat ”älykästä suunnittelua”.