Bakterije čine više od 10% svih živih bića, ali donedavno smo malo shvatali da, kao i kod ljudi, bakterije u tlu imaju unutrašnje satove koji sinhronizuju svoje aktivnosti sa 24-časovnim ciklusima dana i noći na Zemlji.
Novo istraživanje pokazuje koliko su složeni i sofisticirani ovi bakterijski cirkadijalni satovi, otvarajući put za uzbudljivu novu fazu proučavanja. Ovaj rad će pružiti različite mogućnosti, od preciznog vremena upotrebe antibiotika, do bioinženjeringa pametnijih mikrobioma creva i zemljišta. „Cirkadijalni sat bakterije B. subtilis evocira svojstva složenih, višećelijskih cirkadijalnih sistema“, pojavljuje se u Science Advances.
Međunarodna saradnja sa Univerziteta Ludvig Maksimilijan u Minhenu (LMU Minhen), Centra Džon Ines, Tehničkog univerziteta u Danskoj i Univerziteta u Lajdenu, došla je do otkrića ispitivanjem ekspresije gena kao dokaza aktivnosti sata u široko rasprostranjenoj zemljišnoj bakteriji Bacillus subtilis.
Vodeći autor dr Frančeska Sartor (LMU Minhen) kaže: „Cirkadijalni sat u ovom mikrobu je sveprisutan: vidimo da reguliše nekoliko gena i niz različitih ponašanja.“
Profesor Antoni Dod iz Centra Džon Ines je dodao: „Zapanjujuće je da jednoćelijski organizam sa tako malim genomom ima cirkadijalni sat sa nekim svojstvima koja evociraju satove u složenijim organizmima.
Prethodni rad ovog kolaborativnog tima pokazao je postojanje cirkadijanskog sata u laboratorijskom soju ove bakterije. Ovo je bio prvi put da su cirkadijalni satovi uočeni u bakteriji Bacillus subtilis. Istraživači su koristili tehniku koja ubacuje enzim koji se zove luciferaza koji proizvodi svetlost kada se gen ekspresuje. Ova bioluminiscencija je vodila tim u praćenju bakterijskog sata kako su se uslovi razlikovali.
Viši autor publikacije, profesor Martha Merrov sa LMU Minhena, rekla je: „Ova studija pokazuje da se cirkadijalni satovi široko nalaze u Bacillus subtilisu. Mogli bismo iskoristiti znanje o satu kako bismo poboljšali zdravstvene rezultate i povećali održivost proizvodnje hrane ili biotehnologije. “
Ova nova studija je značajan korak napred iz više razloga. Otkriva da ovi satovi postoje u sojevima prikupljenim iz prirodnog okruženja, pa bi mogli biti široko rasprostranjeni u ovoj bakteriji. Štaviše, B. subtilis nastavlja da pokazuje cirkadijalne ritmove iu stalnoj tami iu stalnom svetlu, a istraživači otkrivaju primere nijansiranih odgovora pronađenih u cirkadijalnim satovima mnogih drugih organizama.
U oblasti cirkadijalne biologije, ovi odgovori su poznati kao „poslefekti“ i „Ašofovo pravilo“. Uzeto zajedno, ovo sugeriše da, kao iu složenijim organizmima, bakterije mogu da sinhronizuju svoju fiziologiju i metabolizam u različito doba dana kako se svetlosni i temperaturni uslovi menjaju.
Ovo otkriće nudi mogućnosti za biotehnologiju, ljudsko zdravlje i nauku o biljkama. Razumevanje svojstava bakterijskih cirkadijanskih satova može nam pomoći u industrijskoj primeni mikrobiologije; to bi moglo dovesti do novog razumevanja kako se formiraju mikrobiomi i može ukazati na to koliko dobro antibiotici deluju u određeno doba dana da poremete patogene bakterije. Znanje nam može pomoći i u zaštiti useva. Bacillus subtilis je korisna bakterija u zemljištu koju farmeri koriste da pomognu razmenu hranljivih materija, razvoj biljaka i odbranu od patogenih mikroba.
Tim razvija Bacillus subtilis kao modelni organizam za proučavanje cirkadijanskih satova u bakterijama. Jedan od sledećih koraka je da se utvrdi koji geni funkcionišu da bi sastavili mehanizam sata. Tim je takođe radoznao kako cirkadijalni sat B. subtilis zavisi od višećelijske organizacije za svoju punu funkcionalnost.
Cirkadijalni satovi su unutrašnji oscilatori koji nude selektivnu prednost organizmima prilagođavajući njihovu fiziologiju i metabolizam na 24-časovne promene u okruženju, kao što su promene u svetlosti, temperaturi ili ponašanju predatora. Oni izazivaju potresne efekte džet lag-a, kada prelazimo u različite vremenske zone.
Profesor Akos T. Kovacs sa Univerziteta u Lajdenu i Tehničkog univerziteta u Danskoj rekao je: „Francuski biolog Žak Monod je jednom slavno rekao: „Ono što je tačno za E. coli, tačno je i za slona.“ U to vreme, on je mislio na univerzalna pravila molekularne biologije DNK i proteina. „Slično, neverovatno je da cirkadijalni sat u Bacillus subtilis — bakteriji sa samo četiri hiljade gena — ima složen cirkadijalni sistem koji podseća na cirkadijalni sat u složenim organizmima kao što su muve, sisari i biljke.“
