Spavaju li mikrobi?

Dobro došli u drugu instalaciju moje trodijelne serije o spavanju, u kojoj pitam je li ili ne bića o kojima najčešće pišem na ovom blogu – biljke, mikrobi i insekti – spavaju ili cirkadijalni ponašanja. Ovaj tjedan: mikrobi.

Dakle, spavaju li mikrobi? Pogledajmo jednu aromu mikroba za ovaj primjer, budući da uobičajeni pojam "mikrobi" može značiti puno divlje različitih organizama. Konkretno, pogledajmo bakterije.

Kao biljke o kojima sam pričao prošli tjedan, bakterijama nedostaje središnji živčani sustav, pa ne doživljavaju san kao mi. Ali neki pokazuju cirkadijalne cikluse prilagođene 24-satnom ciklusu dan/noć, baš kao biljke i životinje.

Najpoznatiji primjeri su cijanobakterije, koje se ponekad nazivaju plavo-zelene alge, koje su vodene bakterije koje, poput biljaka, fotosintetiziraju vlastitu hranu. Ima smisla da ova stvorenja slijede dnevni ciklus kako bi iskoristila najbolje vrijeme za pripremu hrane i najbolje vrijeme za pokretanje drugih fizioloških procesa. Ali znanstvenici su mislili da nije moguće da bilo koja bakterija pokazuje cirkadijalni ritam jer je njihovo vrijeme stvaranja prekratko. Bakterije mogu preživjeti i umrijeti za manje od 24 sata, zbog čega se čini malo vjerojatnim da će se uskladiti s 24-satnim danom. To, a nitko nije mislio da su bakterijske stanice dovoljno komplicirane da zahtijevaju unutarnji sat.

Bili su u krivu. Istraživači su prvi put pokazali da cijanobakterije imaju takve cikluse sredinom osamdesetih. Nedavno su istraživači na Centar za kronobiologiju na Kalifornijskom sveučilištu u San Diegu (CCB) pomnije su promatrali proces, otkrivajući ekspresiju specifičnih gena i način na koji cirkadijalni ciklus kontrolira diobu stanica i metabolizam.

GIF ispod prikazuje cirkadijalni ciklus cijanobakterija na djelu (kliknite ovdje za cijeli video). Ovdje su CCB molekularna biologinja Susan Golden i njezini kolege genetski modificirali bakterije da svijetle u određeno doba dana. Učinili su to posudivši svjetlost od krijesnica, dodajući gene insekata koji izražavaju enzim zvan luciferaza. Geni koji kontroliraju luciferazu aktiviranu tijekom različitih dijelova cirkadijalnog ciklusa, dajući jasan znak za proces koji je inače nevidljiv.

Svjetlost je pomogla znanstvenicima da prate sat cijanobakterija kako bi otkrili kada su geni uključeni i isključeni, a koristili su oboje normalne cijanobakterije i mutant verzije s neispravnim cirkadijanskim satovima kako bi se pomoglo odrediti koji su geni izravno odgovorni za sat.

Zašto brinemo o cirkadijalnom ritmu cijanobakterija? Kao prvo, oni pružaju jednostavan model koji može pomoći u objašnjenju genetike cirkadijalnog ciklusa. Mogu postojati i praktične implikacije za razne industrije koje bi mogle na neki način iskorištavati te bakterije.

"Cijanobakterije proizvode oko 30% kisika koji udišemo - bez njih, mi i većina drugih organizama na planetu bismo umrli," objašnjava Golden putem e-pošte, „Štoviše, postoji sve veći interes za korištenje cijanobakterija za proizvodnju biogoriva i drugih industrijskih i farmaceutskih spojevi. Dakle, trebali bismo ih razumjeti. Njihov metabolizam duboko je pod utjecajem cirkadijalnog sata.”

Ali što je s bakterijama koje ne fotosintetiziraju vlastitu energiju? Nije jasno imaju li oni cirkadijalne cikluse, iako su nedavni istraživanje sugerira da takav sat postoji za sve glavne životne skupine, i misle neki znanstvenici ritmovi su specifično prisutni kod nefotosintetskih bakterija. Ako se dokaže da su točni, moglo bi se zamisliti petljanje s njima iz više različitih razloga - recimo, kontroliranje patogenih bakterija. Može biti.

Recite mi, dragi čitatelji, jesam li propustio neke zanimljive primjere ponašanja mikroba poput spavanja? Dodajte ih u komentarima.

***

Video su izradili Shannon Mackey, Mark Zoran i Susan Golden na Odsjeku za biologiju Teksaškog sveučilišta A&M
Omogućeno ljubaznošću Susan Golden, Centar za kronobiologiju, Sveučilište Kalifornije – San Diego

Dodatna literatura:

Susan Golden et al, “Cijanobakterijski cirkadijalni ritmovi,” Godišnji pregledi fiziologije biljaka i molekularne biologije biljaka 48 327-354 (1997).

Qiong Yang et al, “Cirkadijanski prolaz staničnog ciklusa otkriven u pojedinačnim cijanobakterijskim stanicama,” Science 327:5972 1522-1526 (2010).

Guogang Dong et al, "Povišena aktivnost ATPaze primjenjuje cirkadijalnu kontrolnu točku na diobu stanica u Synechococcus elongatus,” Ćelija 140:4 529-539.

Michael Rust et al, “Promjene pogona svjetlosti u energetskom metabolizmu izravno uključuju cijanobakterijski cirkadijalni oscilator,” Znanost 331:6014 220-223 (2011).