Бактериальные часы соперничают с часами сложных организмов

Newswise – Международная команда под руководством хронобиологов LMU анализирует циркадные ритмы микроорганизмов и наблюдает за механизмами, которые напоминают нам часы в более сложных организмах.

Бактерии составляют более 10% всех живых существ, но до недавнего времени мы мало осознавали, что, как и у людей, у почвенных бактерий есть внутренние часы, деятельность которых синхронизируется с 24-часовыми циклами дня и ночи на Земле.

Новое исследование показывает сложность и запутанность бактериальных биологических часов, готовя почву для нового захватывающего этапа изучения. Эта работа предложит разнообразные возможности, от точного определения времени использования антибиотиков до более разумной биоинженерии кишечных и почвенных микробиомов.

Международное сотрудничество LMU, Центра Джона Иннеса (Норвич, Великобритания), Датского технического университета (Люнгбю) и Лейденского университета сделало открытие, изучив экспрессию генов как свидетельство часовой активности в рассеянных почвенных бактериях. субтилис.

Ведущий автор доктор Франческа Сарторе (LMU) заявила: «Циркадные часы у этого микроба диффузны: мы видим, что он регулирует многие гены и ряд различных моделей поведения».

Профессор Энтони Додд из Центра Джона Иннеса добавил: «Удивительно, что одноклеточный организм с таким маленьким геномом может иметь биологические часы, обладающие некоторыми свойствами, которые напоминают часы в более сложных организмах».

Предыдущая работа этой совместной группы продемонстрировала существование циркадных часов у лабораторного штамма этой бактерии. Это был первый случай наблюдения биологических часов у бактерий. субтилис. Исследователи использовали метод, который вводит фермент под названием люцифераза, который производит свет, когда экспрессируется ген. Эта биолюминесценция привела команду к мониторингу бактериальных часов в различных условиях.

Ведущий автор публикации, профессор Марта Миро из LMU, сказала: «Это исследование показывает, что циркадные часы широко распространены в субтилис. Мы можем извлечь выгоду из часового механизма, чтобы улучшить показатели здоровья и повысить устойчивость производства продуктов питания или биотехнологий».

У бактерий, содержащих всего четыре тысячи генов

Это новое исследование является важным шагом вперед по нескольким причинам. Это показывает, что эти часы присутствуют у других штаммов, собранных из естественной среды, поэтому они могут быть распространены у этих бактерий. В дополнение к Б. вид Он продолжает демонстрировать циркадные ритмы как при постоянном темном, так и при постоянном освещении, и исследователи обнаруживают примеры тонких реакций, обнаруженных в циркадных часах многих других организмов.

в субтилис Часы показали специфические и отчетливые реакции на разное количество света (скорость беглости) и качество (длина волны). Например, на тактовую частоту влияла интенсивность света. Циркадные часы этого микроба также хранят информацию о том, сколько света было использовано для синхронизации. Тут тоже влияет тактовая частота. В области повседневной биологии эти реакции известны как «последствия» и «правило Ашоффа». Наконец, команда показала, что для синхронизации этих часов можно использовать как синий, так и красный свет, который возникает при обычном дневном свете. В совокупности это указывает на то, что, как и в более сложных организмах, бактерии могут синхронизировать свою физиологию и метаболизм с разным временем суток при изменении световых и температурных условий.

Это открытие открывает возможности для биотехнологии, здоровья человека и науки о растениях. Понимание свойств бактериальных биологических часов может помочь нам в промышленном применении микробиологии; Это может привести к новому пониманию того, как формируются микробы, и может показать, насколько эффективными могут быть антибиотики в определенное время дня для выведения из строя болезнетворных бактерий. Эти знания также могут помочь нам защитить урожай. субтилис Это полезные почвенные бактерии, которые фермеры используют для обмена питательными веществами, развития растений и защиты от болезнетворных микробов.

Команда развивается субтилис Как модельный организм для изучения биологических часов у бактерий. Одним из следующих шагов является определение генов, которые формируют часовой механизм. Команде также любопытно, как Б. вид Полная функциональность циркадных часов зависит от многоклеточной организации.

Циркадные часы — это внутренние осцилляторы, которые обеспечивают селективное преимущество организмам, адаптируя их физиологию и метаболизм к изменениям в окружающей среде в течение 24 часов, таким как изменения света, температуры или поведения хищников. Они приводят к парадоксальным эффектам смены часовых поясов, когда мы летаем в разные часовые пояса.

«Французский биолог Жак Моно однажды сказал: «Что верно в отношении кишечная палочка Это верно для слона. В то время он имел в виду универсальные правила молекулярной биологии — для ДНК и белков. Точно так же удивительно, что существуют циркадные часы. субтилис — Зародыш всего с четырьмя тысячами генов — у него сложная циркадианная система, похожая на биологические часы сложных организмов, таких как мухи, млекопитающие и растения».