Tudástár

Új felfedezés a baktériumok biológiai órájáról

Egy frissen publikált kutatás a baktériumok biológiai óráját vizsgálta. Lehetséges lenne, hogy a bennünk élő mikroorganizmus közösség működését sok más tényező (életmód, táplálkozás, genetika) mellet a napszakok váltakozása is befolyásolhatja?

A  Földön kialakult élet nagymértékben függ a nappalok és éjszakák váltakozásától. Magasabb rendű élőlényekben, mint az ember is, egyértelmű hétköznapi jeleit is látjuk ennek, ahogy az anyagcserénk és alvási fázisunk igazodik a környezethez, illetve ahogy más időzónába való utazáskor át kell állnia. A alvás és ébrenlét rendszerének felborulása negatív hatások sokaságát eredményezi, az alváshigiénia fontos része az egészségünk megőrzésének.

A külső stimulusok váltakozása fontos és befolyásol is minket, de ma már tudjuk, hogy van egy belső óránk, amely egy megközelítőleg 24 órás ciklusra van beállva. A belső óránk rendelkezik egy saját ritmussal, amely igazodni tud a külső az időt jelző stimulusokhoz. Ez a cirkadián ritmus, amelynek molekuláris hátterének felderítését 2017-ben Nobel-díjjal jutalmazták. Más létformáknál, mint pl. a fotoszintetizáló élőlények, ugyancsak fontos szerepe van a napfénynek, mint külső hatásnak és a ciklikus belső órának. Ez a ritmus segít az élőlényeknek az erőforrásokhoz alkalmazkodni nem csak térben, de időben is. Baktériumok esetében ugyanakkor mindeddig csak fotoszintézist végzők fajoknál mutatták ki a belső óra működését.

Egy, a Science Advances-ben megjelent új kutatásban egy olyan baktériumot vizsgáltak, amelyek életfunkciói nem kötődtek közvetlenül a napfényhez, és a kutatók arra kérdésre keresték a választ, hogy ennek a mikróbának van-e belső biológiai órája. A kutatók korábbi kísérletekben megfigyelték a baktériumok anyagcseréjének ritmikus jellegét, de ezek a kísérletek nem a cirkadián ritmus vizsgálatát szolgálták.
Hogy a kérdésükre választ kapjanak, különböző stimulusoknak tették ki a baktériumokat, és figyelték, miként változik annak a génnek a kifejeződése, amiről azt feltételezik, hogy a belső óra ritmusáért felel. A két fő környezeti hatás a fény és a hőmérséklet volt.
Amikor 12 óra fény, 12 óra sötétség váltakozásában vizsgálták a mikroorganizmusokat, a vizsgált gén kifejeződése igazodott ehhez. A ciklikus expresszió a teljes sötétségre való átálláskor is még napokig megfigyelhető volt, azonban érdekes módon csak glükózt tartalmazó tápközegben. Amikor hőmérséklet-változási ciklusoknak tették ki a baktériumokat, akkor a génaktivitás ugyancsak követte a ciklusokat. Hőmérsékleti alkalmazkodásnál is megtartották az azonos hőmérsékletre váltás követőleg is a ciklikusságot, de fénnyel kapcsolatos kísérlettel ellentétben, csak a glükózt nem tartalmazó tápközegben. A szénhidrátforrás elérhetőségének hatását a cirkadián ritmusra növényeknél és gombáknál is megfigyelték, a kutatók hipotézise szerint ez az anyagcsere utak összefonódásának lehet következménye. A két eset eltérése még fel nem derített mechanizmusokra utalhat, amelyek különböző környezeti feltételekhez való alkalmazkodást szolgálják.

A kutatásban azt is vizsgálták, miként alkalmazkodik a mikroorganizmus a külső ritmust adó hatáshoz. Azt találták, hogy a saját belső ritmusától eltérő ciklusú külső hatáshoz lassabban alkalmazkodnak, de a külső hatás erőssége fontos befolyásoló tényezője ennek a folyamatnak. Ez azért érdekes, mivel ez nem egy kikapcs-bekapcs mechanizmus, ami egyszerűen a külső tényező jelenlétére fellépő reakció, hanem ennél árnyaltabb, mutatja az alkalmazkodás jeleit.
A kísérletek igazolták, hogy jóllehet a baktériumban a génkifejeződést több fajta környezeti stimulus befolyásolja, de ennek ellenére mutat egy, a külső tényezőkhöz igazodó belső ritmust.

A felfedezésnek fontos ökológia és ipari vonatkozásai vannak, de emellett kihat az orvoslásra is, a bélbaktériumok szerepével kapcsolatos tényezőkön keresztül. Alkalmazkodik-e, és ha igen, milyen módon az idő múlásához vagy a napszakokhoz a mikrobiótánk? Az étkezéseink időpontja szerepet játszik-e bélbaktériumaink bioritumusának alakulásában? Képesek-e igazodni hozzánk, vagy hatnak ránk és mi is alkalmazkodunk a bélbaktériumaink ritmusához? Noha ezen kérdések megválaszolása még várat magára, a témakör kutatásában és megértésében új perspektívát nyit ez az eredmény. 

Forrás: Eelderink-Chen, Z., Bosman, J., Sartor, F., Dodd, A. N., Kovács, Á. T., & Merrow, M. (2021). A circadian clock in a nonphotosynthetic prokaryote. Science Advances, 7(2), eabe2086.
DOI: 10.1126/sciadv.abe2086
https://advances.sciencemag.org/content/7/2/eabe2086

nkfi alapból megvalósuló projekt