Het bacteriële flagellum lijkt op een eenvoudige staart of zweep. Maar het is eigenlijk een draaiende motor, en misschien wel het meest geavanceerde eiwitcomplex dat de natuur ooit heeft ontwikkeld. In e. coli zijn deze motoren in staat tot verbazingwekkende snelheden; ongeveer 15.000 tpm. (Het wereldrecord, volgens een studie, is voor een Vibrio-cel die "geklokt is op 100.000 tpm met behulp van laser-microscopie.) Het flagellum stuwt de cel vooruit met snelheden van 20-30 micron per seconde, of ongeveer 15 lichaamslengtes per seconde. Als het op de grootte van een cheeta zou worden geschaald, zou E. coli *bijna* het snelste landorganisme zijn. De snelle bewegingen van een microbe werden voor het eerst waargenomen in 1676 door Antony van Leeuwenhoek, een Nederlandse stoffenhandelaar. Antony was verheugd over de beweging van zijn "dierlijkeeltjes" en schreef: "Ik moet zeggen, voor mijn part, dat er nog nooit een aangenamer gezicht voor mijn ogen is gekomen dan deze vele duizenden levende wezens, die allemaal levend in een druppel water te zien zijn, die onder elkaar bewegen, elk wezen met zijn eigen beweging." Maar Leeuwenhoek zag geen flagella. Hij nam eerder aan dat deze dierlijkeeltjes "voorzien moesten zijn van poten". Christian Ehrenberg zou flagella pas in 1836 goed beschrijven. Maar verbazingwekkend genoeg wist tot in de jaren '70 niemand eigenlijk hoe het flagellum draaide! In 1973 waren er twee concurrerende modellen waarover mensen discussieerden: het helical-wave (buigende) model en het roterende (kurkentrekker) model. Het eerste model suggereerde dat het flagellum heen en weer, van links naar rechts, zweepte om de cel voort te stuwen als een peddel. Het kurkentrekker-model suggereerde dat het hele flagellum in plaats daarvan draait als een schroef. In 1974 won het kurkentrekker-model eindelijk. Voor twee afzonderlijke studies bevestigden wetenschappers flagella aan glazen slides met behulp van antilichamen en keken toe hoe de cellen rond en rond draaiden als kurkentrekkers. En eindelijk, in het afgelopen jaar, hebben hoge-resolutie structuren van het flagellum veel meer onthuld over de ingewikkelde samenstelling ervan. De staart is gemaakt van ~20.000 zelfassemblerende kopieën van een enkel eiwit, genaamd flagelline. Een "aandrijfas", of staaf, draait de staart en is zelf gemaakt van 26 eiwit-subeenheden. Elke "motor" in E. coli bestaat uit 11 statoren, waarvan elke is gemaakt van 7 eiwitten. (Andere soorten cellen hebben zelfs meer statoren en zwemmen met veel hogere koppels.) Het flagellum draait wanneer protonen de cel binnenstromen via kleine kanalen in deze statoren; vergelijkbaar met water dat door een turbine stroomt. Elke proton laat een klein deel van de stator van vorm veranderen en duwt tegen de rotor, waardoor deze één stap vooruit wordt geduwd. Met tientallen statoren die tegelijkertijd werken, draaien deze duwtjes snel de propeller. Ik schrijf nu een essay voor @AsimovPress hierover en geniet echt van het leren over het flagellum en zijn geschiedenis. Het is een buitengewoon ingewikkelde structuur, en het is een uitdaging om het te begrijpen!