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

Apneea obstructivă în somn este frecventă la persoanele cu tulburări cognitive – este tratabilă

O tulburare de somn tratabilă în mod obișnuit la persoanele cu probleme de gândire și memorie. Apnee obstructivă în somn - respirația se oprește de...

Oamenii de știință dezvăluie cheia creșterii musculare adecvate

Analiza imunofluorescenței unui grup de celule stem proliferante asociate cu fibre musculare (gri). Celulele stem produc Dll1 (roșu) și MyoD (verde). Două...

ExoMars Orbiter surprinde fermitatea la locul de aterizare al craterului Mars Jezero

ESA-Roscosmos Trace Gas Orbiter a observat vehiculul NASA Perseverance Mars 2020, împreună cu o parașută și o carapace spate, un scut termic și o...

Reglarea cuantică în grafen avansează era comunicațiilor fără fir Terahertz de mare viteză

Tunelare cuantică. Credit: Daria Sokol / Biroul de presă MIPT Oamenii de știință de la MIPT, Universitatea Pedagogică de Stat din Moscova și Universitatea...

Utilizarea moleculelor vibrante pentru a investiga proprietățile undelor materiei

Ionii moleculari HD + (perechi de puncte galbene și roșii) într-o capcană de ioni (gri) sunt iradiați de o undă laser (roșu). Acest...

Newsletter

Subscribe to stay updated.