Većina organizama na ovoj planeti se oslanja na cirkadijalni sat da bi pravilno funkcionisao. Novo istraživanje objavljeno u Nature Communications iz laboratorije Pakrasi istražuje funkciju sata u jednoćelijskim cijanobakterijama koje fiksiraju azot – mikrobima koji pokazuju jedinstvene metaboličke osobine.
Cijanobakterije postoje milijardama godina. Oni su odigrali veliku ulogu u promeni životne sredine Zemlje od bez kiseonika do bogatog kiseonikom. Ovi organizmi, rekao je Himadri Pakrasi, su „od ogromnog značaja u globalnom ciklusu ugljenika i azota“.
„Jednoćelijske cijanobakterije mogu magično da prilagode fiksaciju azota i fotosintezu, procese za koje se zna da su međusobno antagonistički, u jednoj ćeliji“, nastavio je Pakrasi. Drugim rečima, unutrašnji satovi u cijanobakterijama pomažu im da odvoje fotosintezu – proces koji zahteva sunčevu svetlost i proizvodi kiseonik – od fiksacije azota – procesa koji zahteva okruženje bez kiseonika.
Uprkos prethodnim istraživanjima koja su nagoveštavala postojanje cirkadijalnog sata u ovim organizmima, njihova genetska složenost je otežavala njihovo proučavanje u laboratoriji. To znači da do sada istraživači nisu mogli da seciraju funkciju sata u ovim cijanobakterijama.
Međutim, studija Pakrasi Lab koristila je Cianothece 51142 — jednoćelijsku bakteriju koja fiksira azot i kojom se, što je najvažnije, može genetski manipulisati. Baš kao sat, Cianothece 51142 prikazuje jasne obrasce aktivnosti koji se ponavljaju tokom vremena. Ovo omogućava proučavanje efekata cirkadijanskih ciklusa na bakteriju.
Da bi to uradila, laboratorija Pakrasi je pogledala kaiA—jedan od tri gena koji čine jezgro sata u okviru Cianothece 51142. Otkrili su da kada je kaiA uklonjen, cijanobakterija nije bila u stanju da pravilno obavlja svoje dužnosti fiksacije azota.
„KaiA je od suštinskog značaja za održavanje robusnih oscilacija u fiziološkim procesima“, objasnila je Anindita Bandiopadhiai, vodeći autor ove publikacije. „Ovo je apsolutna neophodnost da jednoćelijske cijanobakterije mogu da vrše i fotosintezu i fiksaciju azota u istoj ćeliji.“
Ovi nalazi bi nam mogli pomoći da bolje razumemo kako bakterije koriste unutrašnje satove da bi preživele u promenljivim okruženjima. „Fotosinteza i fiksacija azota su dva fundamentalna bioenergetska procesa koja su ključna za održavanje života na ovoj planeti“, rekao je Pakrasi. „Ovi pionirski nalazi su sigurno utrli put za dalja istraživanja u ovom pravcu.
Ova studija takođe ima veze sa drugim istraživanjima u laboratoriji Pakrasi. Cianothece 51142 je u središtu projekta koji ima za cilj da iskoristi svojstva fiksacije azota ovog organizma za razvoj đubriva. Dodali su: „Znanje stečeno ovim radom može se proširiti na ovaj projekat i mnoge druge slične.“
