細菌の建築学:べん毛の非対称な「鞘」が操るレプトスピラの 形と動きのメカニズムの解明

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2026-03-18 国立健康危機管理研究機構,東北大学,大阪大学

国立健康危機管理研究機構、東北大学、大阪大学の研究チームは、らせん状細菌レプトスピラの形状と運動を同時に制御する分子機構を解明した。レプトスピラでは細胞内べん毛が形態形成と運動の両方を担うが、本研究により、べん毛に付随する非対称な「鞘」構造が湾曲と剛性を生み出し、コルク抜き状の回転運動を可能にすることが判明した。この仕組みにより細菌の形と運動が統合的に制御されていることが示された。病原性にも関わる重要な特性の理解が進み、感染症制御や細菌運動の新たな理解につながる成果である。

細菌の建築学:べん毛の非対称な「鞘」が操るレプトスピラの 形と動きのメカニズムの解明
【非対称な「鞘」がレプトスピラのべん毛を湾曲させ、菌体を動かす】

<関連情報>

レプトスピラ菌における鞭毛の構造と機能は、非対称的な鞘の協調によって制御される Asymmetric sheath coordination controls flagellar architecture and function in Leptospira spirochete

Akihiro Kawamoto,Toshiki Kuribayashi,Masatomo Morita,Shuichi Nakamura & Nobuo Koizumi
The EMBO Journal  Published:7 March 2026
DOI:https://doi.org/10.1038/s44318-026-00731-1

Abstract

Bacterial flagella are essential for motility, but their structure and how they generate movement vary greatly. Most motile bacteria use external helical flagella, whereas spirochetes have periplasmic flagella (PFs) that distort the cell body to drive forward movement. Here, we generated sheath protein knockout mutants and used high-resolution cryo-electron microscopy to elucidate the mechanisms underlying PF assembly, curvature, and rigidity in Leptospira biflexa. The PF consists of a FlaB1-based core filament surrounded asymmetrically by sheath proteins. Weak but essential binding of FlaA2 to the core enables asymmetric localization of the coiling protein FcpA. FcpA alone can induce curvature, whereas FcpB acts as a structural wedge that reinforces PF rigidity and enables efficient swimming in liquid. Specific glycosylation of FlaB1 mediates sheath-core interactions and may guide the assembly of sheath components. We propose that sheath proteins interact transiently with the core and may be anchored to the outer membrane, allowing core rotation beneath a static sheath. These findings reveal how cooperative interactions among sheath components confer structural and mechanical specialization to spirochete flagella.

細胞遺伝子工学
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