Bakterijos gali pasakyti laiką su vidiniais biologiniais laikrodžiais

Užšvieskite vidinius laikrodžius – bakteriją Bacillus subtilis. Autorius: profesorius Ákos Kovács, Danijos technikos universitetas

Žmonės jį turi, taip pat ir kiti gyvūnai bei augalai. Tyrimai rodo, kad bakterijos taip pat turi vidinius laikrodžius, atitinkančius 24 valandų gyvenimo ciklą žemėje.

Tyrimas atsako į ilgalaikį biologinį klausimą ir gali turėti įtakos narkotikų pristatymo laikui, biotechnologijoms ir tai, kaip laiku vystome pasėlių apsaugos sprendimus.

Biologiniai laikrodžiai ar paros ritmas yra nuostabūs vidiniai laiko mechanizmai, paplitę visoje gamtoje, leidžiantys gyviems organizmams susidoroti su didžiausiais pokyčiais, vykstančiais dieną į naktį, net sezono metu.

Šie molekuliniai ritmai egzistuoja ląstelėse ir naudoja išorinius ženklus, tokius kaip dienos šviesa ir temperatūra, kad sinchronizuotų biologinius laikrodžius su aplinka. Štai kodėl mes patiriame bauginančius „jet lag“ padarinius, nes mūsų vidiniai laikrodžiai laikinai nesutampa, kol neatitinkame naujojo šviesos ir tamsos ciklo savo kelionės tikslu.

Per pastaruosius du dešimtmečius vis daugiau tyrimų parodė šių molekulinių metronomų svarbą esminiams procesams, pavyzdžiui, miegui ir pažinimo funkcijoms žmonėms, vandens reguliavimui ir augalų fotosintezei.

Nors bakterijos sudaro 12% planetos biomasės ir yra svarbios sveikatai, ekologijai ir pramoninei biotechnologijai, apie jų 24 valandų biologinius laikrodžius žinoma nedaug.

Ankstesni tyrimai parodė, kad fotosintetinės bakterijos, kurioms energijai gaminti reikia šviesos, turi biologinius laikrodžius. Tačiau laisvai gyvenančios ne fotosintetinės bakterijos šiuo atžvilgiu išliko paslaptimi.

Šio tarptautinio tyrimo metu mokslininkai aptiko laisvai tekantį paros ritmą ne fotosintezuojančioje dirvožemio bakterijoje Bacillus subtilis.

Komanda pritaikė metodiką, vadinamą liuciferazės ataskaitomis, kuri apima fermento, kuris gamina bioliuminescenciją, leidimą mokslininkams įsivaizduoti, kiek genas yra aktyvus organizme.

Jie sutelkė dėmesį į du genus: pirma, geną, vadinamą ytvA, kuris koduoja mėlynos šviesos fotoreceptorių, ir, antra, fermentą, vadinamą KinC, kuris dalyvauja biofilmų ir sporų indukcijoje į bakteriją.

Jie stebėjo genų lygį nuolat tamsoje, palyginti su 12 valandų šviesos ir 12 valandų tamsos ciklais. Jie nustatė, kad ytvA lygių modelis buvo sureguliuotas atsižvelgiant į šviesos ir tamsos ciklus, tamsos metu didėjant ir šviesoje mažėjant. Ciklas vis dar stebimas nuolatinėje tamsoje.

Tyrėjai pastebėjo, kaip praėjo kelios dienos, kol atsirado stabilus modelis ir kad modelis galėjo būti pakeistas, jei sąlygos būtų pakeistos. Šie du pastebėjimai yra bendri paros ritmo bruožai ir jų gebėjimas „apsupti“ aplinkos užuominas.

Jie atliko panašius eksperimentus, naudodami dienos temperatūros pokyčius; pavyzdžiui, padidinti dienos ciklo trukmę ar stiprumą ir įsitikinti, kad ytvA ir kinC ritmai yra sureguliuoti taip, kad atitiktų paros ritmus, o ne tiesiog įjungti ir išjungti pagal temperatūrą ne.

„Pirmiausia supratome, kad ne fotosintetinės bakterijos gali pasakyti laiką“, – sako švino autorė profesorė Martha Merrow iš Miuncheno LMU (Ludwigo Maximiliano universiteto). “Jie pritaiko savo molekulinį poveikį dienos laikui, skaitydami ciklus šviesoje arba temperatūros aplinkoje.”

Be medicininių ir ekologinių klausimų, mes norime naudoti bakterijas kaip pavyzdinę sistemą, kad suprastume paros paros laikrodžio mechanizmus. Šios bakterijos laboratorinės priemonės yra puikios ir turėtų leisti mums greitai progresuoti “, – pridūrė ji.

Šį tyrimą galima panaudoti sprendžiant tokius klausimus kaip: ar bakterijų poveikio dienos laikas yra svarbus infekcijai? Ar atsižvelgiant į paros laiką galima optimizuoti pramoninius biotechnologinius procesus? O ar svarbus antibakterinio gydymo dienos laikas?

„Mūsų tyrimas atveria duris tirti paros ritmą apie bakterijas. Dabar, kai nustatėme, kad bakterijos gali nustatyti laiką, reikalingą procesams, sukeliantiems šiuos ritmus, išsiaiškinti ir suprasti, kodėl ritmas turi pranašumą bakterijoms “, – sako autorius dr. Antonijus Doddas iš Jono Inneso centras.

Danijos technikos universiteto bendraautorius profesorius Ákosas Kovácsas priduria, kad „Bacillus subtilis naudojamas įvairiose srityse, pradedant ploviklių gamyba ir baigiant augalų apsauga, išskyrus tai, kad pastaruoju metu jis buvo naudojamas kaip žmonių ir gyvūnų probiotikas, taigi ir biologinis laikrodis. ši bakterija išsivystys, ji pasieks kulminaciją. įvairiose biotechnologinėse srityse. “

Nuoroda: „Paros laikrodis nefotosintetiniame prokariote“ 2021 m. Sausio 8 d., Mokslo pažanga.
DOI: 10.1126 / sciadv.abe2086

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Tyrėjai kuria greitesnę tinklo analizę, kad pasiūlytų algoritmus, kurie padidintų paiešką internete

MIT tyrėjai sukūrė programinę įrangą, kad grafikos programinė įranga veiktų efektyviau įvairiuose skaičiavimo įrenginiuose, įskaitant procesorius ir GPU.Paskola „Istockphoto“ vaizdus redagavo „MIT News“ Diagramos,...

Naujų atradimų apie milijardus mikrobų pavertimą mūsų kūnu pavertimas įvairiomis ligomis

Įvairūs MIT tyrėjai naujus atradimus apie milijardus mikrobų paverčia žmogaus kūnu įvairiausių ligų gydymu. Įvairūs mokslininkai naujus atradimus apie milijardus mikrobų paverčia kūnu įvairiausių ligų...

MIT neurologai nustato hipokampo smegenų sąsają, koduojančią įvykių laiką

MIT neuromokslininkai nustatė, kad hipokampo CA2 regione esančios piramidinės ląstelės (žalios) yra atsakingos už kritinės informacijos saugojimą. Kreditas: „Tonegawa Lab“, redagavo „MIT News“ Išvados...

Vibruojančių molekulių naudojimas medžiagos bangų savybėms tirti

HD + molekuliniai jonai (geltonos ir raudonos taškų poros) jonų gaudyklėje (pilka) yra apšvitinti lazerio banga (raudona). Tai sukelia kvantinį šuolį pakeistų molekulių joninės...

Naujas dizainas pagerina naujos kartos perovskitų kraujo ląstelių efektyvumą

Autorius: Davidas L. Chandleris, Masačusetso technologijos institutas 2021 m. Vasario 27 d Šiame paveikslėlyje perovskito fotovoltai fone rodomi su atskirais perovskito kristalais, kurie rodomi kaip...

Newsletter

Subscribe to stay updated.