Natalie Wolchover pubblica sulle pagine di Quantamagazine, un articolo dal titolo “What Physical ‘Life Force’ Turns Biology’s Wheels?” dove si spiega come, dopo 50 anni di ricerche, gli scienziati abbiano finalmente decifrato il funzionamento del motore flagellare batterico e mostrato che il vero “motore fisico” della vita cellulare è la forza motrice protonica: un flusso di protoni che entra nella cellula e fornisce l’energia per macchine molecolari come la flagella.

The bacterial flagellar motor is finally understood after 50 years. In its workings, columnist Natalie Wolchover finds the essence of life.

La flagella è una sorta di elica che spinge il batterio nell’acqua. Alla base del motore c’è un anello chiamato C ring che, ruotando, trascina la flagella. Intorno al C ring si ancorano i statori, complessi proteici che hanno una struttura interna a geometria 5:2: un anello pentagonale che agisce come un piccolo tornello. Le immagini cryo‑EM degli ultimi anni hanno rivelato questa disposizione e hanno permesso di formulare il modello meccanico del funzionamento.

Since the discovery of the bacterial flagellar motor in the 1970s, biologists and creationists alike have marveled at its design like medieval architects staring with awe at the dome of the Pantheon built by their Roman ancestors.

La spinta che mette in moto i tornelli dei statori è il flusso di protoni dall’esterno verso l’interno della cellula, il cosiddetto proton motive force. I protoni si legano debolmente a proteine interne del tornello e, quando si staccano, generano piccoli scatti che fanno ruotare il pentagono; la somma di questi scatti produce la rotazione continua e rapidissima della flagella. Questo stesso gradiente di protoni alimenta molte altre macchine cellulari: mantenere il gradiente è essenziale per la vita cellulare.

Il batterio alterna fasi di “run” (nuoto diritto) e “tumble” (rotazione casuale) per orientarsi verso nutrienti. Il passaggio da un comportamento all’altro è regolato da segnali chimici che modificano la forma del C ring: proteine segnale fosforilate (CheY) si legano al C ring e ne provocano un ripiegamento istantaneo che cambia il punto di contatto con i statori, invertendo così la direzione della rotazione e facendo “tumble” il batterio. Studi sperimentali recenti hanno confermato la sensibilità del sistema anche a singole molecole segnale.

Their default behavior is to swim straight. If the concentration of sugars and other nutrients is increasing, the cell keeps going forward. If the concentration drops, it tumbles; reoriented in a new direction, the bacterium then resumes swimming straight.

Capire il meccanismo del motore flagellare non è solo risolvere un enigma tecnico: mette in luce un principio fisico unificante della biologia — la conversione del flusso di protoni in lavoro meccanico — che spiega come le cellule trasformano gradienti chimico‑elettrici in movimento e funzioni vitali. Questo chiarimento meccanico aiuta a collegare fenomeni molecolari a processi biologici più ampi e offre una base per nuove ricerche in biologia e biofisica.