У людей они есть, как и у других животных и растений. Теперь исследования показывают, что у бактерий тоже есть внутренние часы, которые соответствуют 24-часовому циклу жизни на Земле. Это исследование отвечает на давний биологический вопрос и может иметь последствия для сроков доставки лекарств, биотехнологии и того, как мы разрабатываем своевременные решения для защиты сельскохозяйственных культур.

Биологические часы или циркадные ритмы-это сложные внутренние механизмы синхронизации, которые широко распространены в природе, позволяя живым организмам справляться с основными изменениями, происходящими от дня к ночи, даже в разные сезоны.

Существующие внутри клеток, эти молекулярные ритмы используют внешние сигналы, такие как дневной свет и температура, чтобы синхронизировать биологические часы с окружающей средой. Вот почему мы испытываем резкие эффекты смены часовых поясов, когда наши внутренние часы временно не совпадают, прежде чем приспособиться к новому циклу света и тьмы в месте нашего путешествия.

Растущий объем исследований за последние два десятилетия продемонстрировал важность этих молекулярных метрономов для основных процессов, таких как сон и когнитивное функционирование у человека, а также регуляция воды и фотосинтез у растений.

Хотя бактерии составляют 12% биомассы планеты и важны для здоровья, экологии и промышленной биотехнологии, мало что известно об их 24-часовых биологических часах.

Предыдущие исследования показали, что фотосинтезирующие бактерии, которым для получения энергии требуется свет, имеют биологические часы.

Но свободноживущие несинтетические бактерии в этом отношении остались загадкой.

В этом международном исследовании исследователи обнаружили свободные циркадные ритмы у нефотосинтетической почвенной бактерии Bacillus subtilis.

Команда применила метод под названием luciferase reporting, который включает в себя добавление фермента, производящего биолюминесценцию, которая позволяет исследователям визуализировать, насколько активен ген внутри организма.

Они сосредоточились на двух генах: во-первых, ген под названием ytvA, который кодирует фоторецептор синего света, и, во-вторых, фермент под названием KinC, который участвует в индуцировании образования биопленок и спор в бактерии.

Они наблюдали уровни генов в постоянной темноте по сравнению с циклами 12 часов света и 12 часов темноты. Они обнаружили, что структура уровней итва была приспособлена к световому и темному циклу, причем уровни увеличивались в темноте и уменьшались на свету. Цикл все еще наблюдался в постоянной темноте.

Исследователи наблюдали, как потребовалось несколько дней, чтобы появился устойчивый паттерн,и что паттерн может быть обращен, если условия были перевернуты. Эти два наблюдения являются общими чертами циркадных ритмов и их способностью "захватывать" сигналы окружающей среды.

Они провели аналогичные эксперименты, используя суточные изменения температуры; например, увеличивая длину или силу суточного цикла, и обнаружили, что ритмы итва и кинк корректируются таким образом, чтобы соответствовать циркадным ритмам, а не просто включаются и выключаются в ответ на температуру.

"Мы впервые обнаружили, что нефотосинтетические бактерии могут определять время", - говорит ведущий автор исследования профессор марта Мерроу из Мюнхенского университета Людвига Максимилиана. - Они приспосабливают свою молекулярную работу к времени суток, считывая циклы на свету или в температурной среде."

"В дополнение к медицинским и экологическим вопросам мы хотим использовать бактерии в качестве модельной системы для понимания механизмов циркадных часов. Лабораторные инструменты для этой бактерии выдающиеся и должны позволить нам добиться быстрого прогресса", - добавила она.

Это исследование может быть использовано для решения таких вопросов, как: является ли время суток бактериального воздействия важным для инфекции? Можно ли оптимизировать промышленные биотехнологические процессы с учетом времени суток? А важно ли время суток антибактериального лечения?

"Наше исследование открывает двери для изучения циркадных ритмов у бактерий. Теперь, когда мы установили, что бактерии могут определять время, нам нужно выяснить процессы, которые вызывают эти ритмы, и понять, почему наличие ритма дает бактериям преимущество", - говорит автор доктор Энтони Додд из Центра Джона Иннеса.

Профессор Акос Ковач, соавтор исследования из Датского технического университета, добавляет, что " Bacillus subtilis используется в различных областях применения-от производства стиральных порошков до защиты сельскохозяйственных культур, а также в последнее время используется в качестве пробиотиков для человека и животных, таким образом, разработка биологических часов в этой бактерии достигнет кульминации в различных биотехнологических областях."

ИСТОЧНИК