Внутренние часы есть у людей, животных и растений. Новое исследование, опубликованное в Science Advances, показало, что у бактерий они тоже есть и соответствуют 24-часовому циклу нашей планеты.

Биологические часы или циркадные ритмы — это внутренние механизмы синхронизации, широко распространенные в природе, позволяющие живым организмам справляться с основными изменениями, происходящими от дня к ночи, даже в разные сезоны.

Эти молекулярные ритмы, существующие внутри клеток, используют внешние сигналы, такие как дневной свет и температуру, для синхронизации биологических часов с окружающей средой. Вот почему у людей существуют резкие изменения в самочувствии и восприятии при смене часовых поясов — наши внутренние часы временно не совпадают, прежде чем выровняться в соответствии с новым циклом света и тьмы в пункте назначения.

Растущее количество исследований за последние два десятилетия продемонстрировало важность молекулярных часов для основных процессов, например, для сна и когнитивных функций у людей, а также для регулирования воды и фотосинтеза 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 требуется свет для выработки энергии, имеют биологические часы. Но свободноживущие нефотосинтезирующие бактерии в этом отношении оставались загадкой.

В этом международном исследовании ученые обнаружили свободные циркадные ритмы у нефотосинтезирующих почвенных бактерий Bacillus subtilis. Команда применила технику, называемую люциферазной отчетностью, которая включает добавление фермента, производящего биолюминесценцию, позволяя исследователям визуализировать, насколько активен тот или иной ген внутри организма.

Bacillus subtilis используются в различных сферах: от производства стиральных порошков до защиты растений, помимо недавнего использования пробиотиков человека и животных, поэтому разработка биологических часов для этой бактерии станет кульминацией в различных биотехнологических областях, – профессор Акос Ковач, технический университет Дании.

Они сосредоточились на двух генах: ytvA, который кодирует фоторецептор синего света, и ферменте под названием KinC, который участвует в индукции образования биопленок и спор в бактериях. Они наблюдали уровни генов в постоянной темноте по сравнению с циклами 12 часов света и 12 часов темноты, и обнаружили, что структура уровней ytvA была приспособлена к циклу света и темноты, причем уровни увеличивались в темноте и уменьшались на свету. Цикл по-прежнему наблюдался в постоянной темноте.

Мы впервые обнаружили, что нефотосинтезирующие бактерии могут определять время. Они адаптируют свою молекулярную работу ко времени суток, считывая циклы при освещении или в температурной среде, – профессор Марта Мерроу из университета Людвига Максимилиана в Мюнхене.

Исследователи заметили, что для появления стабильного паттерна требовалось несколько дней и что паттерн можно было бы обратить вспять, если бы условия были инвертированы. Эти два наблюдения являются общими чертами циркадных ритмов и их способности «подчиняться» сигналам окружающей среды.

Они провели аналогичные эксперименты, используя ежедневные изменения температуры: например, увеличив продолжительность или силу суточного цикла, и обнаружили, что ритмы ytvA и kinC регулировались в соответствии с циркадными ритмами, а не просто включались и выключались в ответ на температуру.