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Science子刊:首次证实非光合细菌也具有24小时生物钟

2021-01-12 09:40 前瞻网   

 

Science子刊:首次证实非光合细菌也具有24小时生物钟

在最近一项研究中,科学家首次发现一种非光合细菌与许多其他生命形式一样,都受控于相同昼夜节律的调节。

该研究已发表在期刊Science Advances上。

人类的昼夜节律就像细胞中的生物钟一样,控制着身体几乎所有的行为,影响着睡眠和起床时间,以及新陈代谢和认知过程的功能。

这种围绕24小时周期的内部计时是由生物钟驱动的,同样的核心现象也在许多其他种类的生物,包括动物、植物和真菌中有所发现。

然而,很长一段时间以来,科学家不清楚细菌是否也受昼夜节律的支配。

这种现象已经在光合细菌中得到证实,光合细菌利用光产生化学能,但至于其他种类的细菌是否也拥有生物钟,一直是个谜。

在一项新的研究中,研究人员对枯草芽孢杆菌进行了研究。这是一种耐寒的、研究充分的细菌,在土壤和包括人类在内的许多动物的胃肠道中均有发现。

虽然枯草芽孢杆菌不进行光合作用,但由于光感受器的作用,它对光很敏感,而且以前对这种微生物的研究也提供了线索,表明它的基因活性和生物膜形成过程可能遵循一个日常周期(可能是基于光照水平或温度变化)来响应环境。

为了进行研究,研究人员在连续的黑暗或交替的12小时光照和12小时黑暗的环境中测量了细菌的基因表达活性。

在交替的光/暗周期中,编码蓝光感光细胞的ytvA基因的表达在暗期增加,在亮期减少,这表明昼夜节律时钟中的夹带过程。

在持续的黑暗条件下,枯草芽孢杆菌的周期仍然存在,虽然周期延长了,但并不严格遵循24小时的周期。

在另一个实验中,研究人员用温度周期进行实验,这是刺激昼夜热量变化的另一种方法。

ytvA基因的表达随着温度在25.5°C和28.5°C之间循环12小时而减弱和流动,与光照一样,在自由运行的实验中(与环境因素不同步)循环持续时间更长。

综合所有的结果,研究人员得出结论,枯草芽孢杆菌具有一个昼夜节律钟,通过自由运行的昼夜节律和被称为授时因子周期的环境信号的系统传导来表现。

虽然这些发现目前只涉及一种细菌,但这是第一次在任何非光合细菌中发现这种现象。这可能会加深人类对细菌的理解,要知道,细菌约占地球上生物总量的15%。

目前,该团队推测昼夜节律可能以某种方式受到转录-翻译反馈系统的调节,或者可能与代谢周期有关。

还不知道是否有一种形式的整体“主时钟”可以控制枯草芽孢杆菌的昼夜节律时间保持,但研究小组指出这也是一种可能性。

无论如何,细菌24小时生物钟的影响可能会产生巨大的影响——不仅在对细菌生物学的科学理解方面,而且在生物医学、农业、工业等领域的潜在应用方面。

编译/前瞻经济学人APP资讯组

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责任编辑: 4114RWL

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