Ритмы, связанные со сменой дня и ночи, определяют физиологию большинства живых организмов. Однако для бактерий, не участвующих в процессе фотосинтеза, «циркадность» считалась необязательной.
Международная группа исследователей выяснила, что почвенная бактерия Bacillus subtilis (сенная палочка) использует циркадные часы для координации роста и распространения своих многоклеточных колоний. Работа показывает, что внутренний 24-часовой ритм определяет не только активность отдельных клеток, но и пространственную организацию всего сообщества.
Внутренние часы для захвата пространства
Ученые из Центра Джона Иннеса (Великобритания), Мюнхенского университета имени Людвига Максимилиана и Лейденского университета изучали поведение B. subtilis на агаровой среде. При расширении колонии формировали характерные концентрические кольца. Анализ показал, что циркадные часы синхронизируют экспрессию генов и распределяют различные процессы по определенным зонам в зависимости от времени суток. Благодаря этому колония сенной палочки действует как единая, хорошо организованная система, а не как случайное скопление разобщенных микроорганизмов.
Характерные кольца, образованные B. subtillis, распространяются по агаровому гелю. Автор: доктор Джек ДорлингАвторы отмечают, что понимание этих механизмов может оказаться полезным сразу в нескольких областях. Bacillus subtilis широко распространена в почвах и способствует росту растений, поэтому новые данные помогут лучше управлять полезными микробными сообществами в сельском хозяйстве. Кроме того, открытие может объяснить особенности распространения патогенов, вызывающих внутрибольничные инфекции, если сходные механизмы будут обнаружены и у других видов.
Почему открытие оказалось неожиданным
Долгое время считалось, что полноценные циркадные часы характерны главным образом для растений, животных, грибов и фотосинтезирующих цианобактерий, зависящих от солнечного света. Сенная палочка стала одним из первых убедительных примеров нефотосинтезирующей организмов с подобной системой. При этом ранее было неясно, какую практическую функцию выполняют часы. Новая работа впервые показывает, что они организуют пространственно-временное развитие бактериальной колонии.
Клетки Bacillus subtilis (споры окрашены в синий цвет)В предисловии к статье, опубликованной в журнале Nature Communications, авторы отмечают, что циркадные часы Bacillus subtilis регулируют рост колонии в соответствии с ключевыми путями развития и дифференцировки, которые играют центральную роль в ее жизненном цикле. Часы В. subtilis координируют пространственно-временную организацию экспрессии генов в расширяющихся колониях, приурочивая различные процессы к определенным фазам (времени суток) в отдельных участках колонии. Результаты подтверждают идею о том, что циркадная регуляция пространства, времени и развития колоний у B. subtilis аналогична регуляции процессов у многоклеточных эукариот.
Люди склонны думать о бактериях как об отдельных клетках, которые плавают вокруг, но микробиологи знают, что они являются частью матрицы, удерживаемой внутри биопленки. Как только вы это поймете, вы сможете рассматривать бактерию как многоклеточную структуру. Благодаря исследованию Bacillus subtilis мы получили альтернативную научную модель для изучения циркадных ритмов многоклеточной жизни.Марта Мерроу
Исследования последних лет позволяю предположить, что суточные ритмы микробов способны влиять не только на почвенные экосистемы, но и на работу кишечного микробиома животных и человека.
Источник новости: hi-tech.mail.ru
