Bacteriile pot spune timpul cu ceasuri biologice interne

Aruncă lumină ceasurilor interne – bacteria Bacillus subtilis. Credit: Profesorul Ákos Kovács, Universitatea Tehnică din Danemarca

Oamenii sunt alături de ei, la fel ca și alte animale și plante. Acum cercetările arată că bacteriile au și ceasuri interne care se încadrează într-un ciclu de viață de 24 de ore pe Pământ.

Cercetarea răspunde la o întrebare biologică de lungă durată și ar putea avea implicații asupra momentului distribuției medicamentelor, biotehnologiei și modului în care dezvoltăm soluții în timp util pentru protecția culturilor.

Ceasurile biologice sau ritmurile circadiene sunt mecanisme interne de sincronizare rafinate, comune în natură, care permit organismelor vii să facă față schimbărilor mari care au loc zi și noapte, chiar și de-a lungul anotimpurilor.

Existente în interiorul celulelor, aceste ritmuri moleculare utilizează indicii externe precum lumina zilei și temperatura pentru a sincroniza ceasurile biologice cu mediul lor. Acesta este motivul pentru care experimentăm efectele contracției jet lag deoarece ceasurile noastre interne sunt temporar nepotrivite înainte de a ne alinia la noul ciclu de lumină și întuneric de la destinația noastră de călătorie.

Un număr tot mai mare de cercetări din ultimele două decenii a demonstrat importanța acestor metronomi moleculari pentru procesele vitale, de exemplu somnul și funcționarea cognitivă la om, precum și reglarea apei și fotosinteza plantelor.

Deși bacteriile reprezintă 12% din biomasa planetei și sunt importante pentru sănătate, ecologie și biotehnologie industrială, se știe puțin despre ceasurile lor biologice de 24 de ore.

Studiile anterioare au arătat că bacteriile fotosintetice care au nevoie de lumină pentru a produce energie au ceasuri biologice. Dar bacteriile non-fotosintetice care trăiesc liber au rămas un mister în acest sens.

În acest studiu internațional, cercetătorii au descoperit ritmuri circadiene de rulare liberă în bacteria non-fotosintetică a solului Bacillus subtilis.

Echipa a folosit o tehnică numită raportarea luciferazei, care implică adăugarea unei enzime care produce biomolecularitate, care permite cercetătorilor să vizualizeze cât de activă este o genă în interiorul unui organism.

S-au concentrat pe două gene: în primul rând, o genă numită ytvA care codifică un fotoreceptor de lumină albastră și, în al doilea rând, o enzimă numită KinC, care este implicată în stimularea formării de biofilme și spori în bacterie.

Au observat niveluri genetice în întuneric constant, comparativ cu ciclurile de 12 ore de lumină și 12 ore de întuneric. Au descoperit că modelul nivelurilor tvA a fost adaptat ciclului de lumină și întuneric, nivelurile crescând în timpul întunericului și scăzând în lumină. Un cerc era încă văzut în întuneric constant.

Cercetătorii au observat cum a durat câteva zile până când a apărut un model stabil și modelul ar putea fi inversat dacă condițiile ar fi inversate. Ambele observații sunt trăsături comune ale ritmurilor circadiene și capacitatea lor de a „pătrunde” în indicii de mediu.

Au efectuat experimente similare folosind modificări zilnice de temperatură; de exemplu, creșterea lungimii sau puterii ciclului zilnic și constatarea faptului că ritmurile ytvA și kinC sunt modificate într-un mod care este în concordanță cu ritmurile circadiene și nu doar pornirea și oprirea ca răspuns la temperatură.

“Am descoperit pentru prima dată că bacteriile non-fotosintetice pot spune momentul”, a spus autorul principal, profesorul Martha Merrow, de la LMU din München (Ludwig Maximilians). „Ei își adaptează activitatea moleculară la momentul zilei citind ciclurile în lumină sau în mediul cu temperatură”.

„Pe lângă întrebările medicale și ecologice, dorim să folosim bacteriile ca sistem model pentru a înțelege mecanismele ceasului circadian. Echipamentul de laborator pentru această bacterie este excelent și ar trebui să ne permită să facem progrese rapide ”, a adăugat el.

Această cercetare ar putea fi utilizată pentru a ajuta la abordarea unor întrebări precum: este importantă pentru infecție momentul din zi al expunerii bacteriene? Pot fi optimizate procesele biotehnologice industriale luând în considerare ora din zi? Și contează ora din zi a tratamentului antibacterian?

Studiul nostru deschide usi pentru a investiga ritmurile circadiene peste bacterii. Acum, când am stabilit că bacteriile pot spune timpul necesar pentru a descoperi procesele care determină apariția acestor ritmuri și să înțeleagă de ce a avea un ritm oferă bacteriilor un avantaj “, spune autorul dr. Antony Dodd de Centrul John Innes.

Profesorul Ákos Kovács, coautor al Universității Tehnice din Danemarca, a adăugat „Bacillus subtilis este utilizat în diferite aplicații de producție a detergenților pentru rufe la protecția culturilor, în afară de exploatarea recentă, cum ar fi probioticele umane și animale, și astfel, ingineria biologică această bacterie duce la. în diverse domenii biotehnologice. ”

Referință: „Ceas circadian în procariot non-fotosintetic” 8 ianuarie 2021, Progrese științifice.
DOI: 10.1126 / sciadv.abe2086

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Modelul demonstrează similitudini în modul în care studiază oamenii și insectele

Modelul de calcul demonstrează similaritatea în cunoașterea împrejurimilor oamenilor și insectelor. Potrivit unui nou studiu de la Universitatea din Sussex, care arată cum oamenii pot...

Cum am creat „furtuna perfectă” pentru evoluția și transmiterea bolilor infecțioase, cum ar fi COVID-19

Potrivit unui cercetător de la Universitatea din Anglia de Est, în majoritatea modurilor noastre, „furtuna perfectă” a fost creată pentru evoluția și transmiterea bolilor...

„Adezivul molecular” crește eficiența și face ca celulele solare perovskite să devină mult mai fiabile în timp

Cercetătorii au folosit „adeziv molecular” auto-asamblat monostrat pentru a consolida interfețele din celulele solare perovskite pentru a le face mai eficiente, stabile și fiabile....

Pastele plate sunt atât de avansate încât se formează în morfuri atunci când sunt fierte

Laboratorul CMU gestionează producția de paste, care își schimbă forma pe măsură ce gătește. Credit: Universitatea Carnegie Mellon Pastele plate ambalate creează ambalare, transport...

Oamenii de știință ai undelor gravitaționale Excelentă nouă metodă de rafinare a constantei Hubble – expansiunea și vârsta universului

O ilustrare a artistului unei perechi unificate de stele neutronice. Credit: Carl Knox, Universitatea OzGrav-Swinburne O echipă de oameni de știință internaționali, condusă de...

Newsletter

Subscribe to stay updated.