Bakterie mají vnitřní hodiny: Cirkadiánní rytmy řídí šíření kolonií a slibují lepší půdu i medicínu
InovaceVědci odhalili, že bakterie využívají cirkadiánní hodiny k řízení šíření svých mnohobuněčných kolonií. Tento objev přináší důležité poznatky o tom, jak by se dalo zlepšit zdraví půdy a růst rostlin, a zároveň může pomoci vysvětlit, jak se šíří některé nemocniční infekce.
Vědci odhalili, že bakterie využívají cirkadiánní hodiny k řízení šíření svých mnohobuněčných kolonií. Tento objev přináší důležité poznatky o tom, jak by se dalo zlepšit zdraví půdy a růst rostlin, a zároveň může pomoci vysvětlit, jak se šíří některé nemocniční infekce. Výzkum provedli vědci z John Innes Center, Mnichovské univerzity a Leidenská univerzity, kteří se zaměřili na běžnou půdní bakterii Bacillus subtilis.
Cirkadiánní hodiny, neboli cirkadiánní rytmy, synchronizují biologické procesy s 24hodinovým slunečním cyklem na Zemi. Tyto rytmy regulují velkou část naší fyziologie a chování, například určují, zda spíme dříve nebo později než ostatní. Evropské konsorcium zjistilo, že cirkadiánní hodiny existují i u Bacillus subtilis, což je jeden z prvních příkladů těchto buněčných „časoměřičů“ nalezených u nefototrofních bakterií. Další laboratoře v USA a Argentině objevily hodiny u bakterií spojených s lidmi, což naznačuje, že cirkadiánní rytmy jsou široce rozšířené v této starobylé a rozmanité třídě organismů.
Tým vědců, jehož výzkum byl publikován v časopise Nature Communications, provedl řadu experimentů, které silně podporují teorii, že cirkadiánní hodiny fungují jako hlavní regulátor řídící expresi různých genů a rychlost, s jakou se bakteriální kolonie šíří. Exprese genů napříč koloniemi vykazuje podobnosti s cirkadiánní kontrolou mnohobuněčných organismů, jako jsou rostliny a živočichové. Vědci například pozorovali, že Bacillus subtilis tvoří na agarovém gelu soustředné kruhy, přičemž kolonie se šířila rychlostí jednoho kruhu za 24 hodin, a to i za konstantních podmínek. Experimenty s různými vnějšími podněty, jako je vlnová délka světla (modré a červené světlo) a teplota, potvrdily, že vzorec bakteriálního vývoje a genové exprese si udržuje 24hodinový cyklus, což svědčí o soběstačných a vnitřně řízených hodinách.
Pomocí techniky luciferázového reportování, která využívá bioluminiscenční enzym, tým sledoval genovou expresi v čase a prostoru. Zobrazování bioluminiscence ukázalo, že geny zapojené do tvorby biofilmu – slizkého materiálu, který drží bakteriální komunity pohromadě – byly jasně exprimovány ve velmi specifických a individuálních denních dobách během 24hodinového období. Stejně tak se chovaly i geny zapojené do sporulace, procesu, při kterém buňky přecházejí do klidového stavu.
„Zjistili jsme, že hodiny organizují kolonie Bacillus subtilis, rychlost, s jakou se kolonie šíří po Petriho miskách, a strukturu vzorců genové exprese podle denní doby,“ uvedl první autor studie, Dr. Jack Dorling, postdoktorand z John Innes Center. „Bacillus subtilis je půdní bakterie, která je také spojena s rostlinami. Domníváme se, že bakteriální cirkadiánní hodiny organizují ekologii půdních mikroorganismů a mohly by hrát roli v podpoře růstu rostlin.“