Science子刊:首次證實非光合細菌也具有24小時生物鐘

2021-01-11 前瞻網
Science子刊：首次證實非光合細菌也具有24小時生物鐘
 CHEN • 2021-01-11 17:49:44　來源：前瞻網　E168G0

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在最近一項研究中，科學家首次發現一種非光合細菌與許多其他生命形式一樣，都受控於相同晝夜節律的調節。

該研究已發表在期刊Science Advances上。

人類的晝夜節律就像細胞中的生物鐘一樣，控制著身體幾乎所有的行為，影響著睡眠和起床時間，以及新陳代謝和認知過程的功能。

這種圍繞24小時周期的內部計時是由生物鐘驅動的，同樣的核心現象也在許多其他種類的生物，包括動物、植物和真菌中有所發現。

然而，很長一段時間以來，科學家不清楚細菌是否也受晝夜節律的支配。

這種現象已經在光合細菌中得到證實，光合細菌利用光產生化學能，但至於其他種類的細菌是否也擁有生物鐘，一直是個謎。

在一項新的研究中，研究人員對枯草芽孢桿菌進行了研究。這是一種耐寒的、研究充分的細菌，在土壤和包括人類在內的許多動物的胃腸道中均有發現。

雖然枯草芽孢桿菌不進行光合作用，但由於光感受器的作用，它對光很敏感，而且以前對這種微生物的研究也提供了線索，表明它的基因活性和生物膜形成過程可能遵循一個日常周期(可能是基於光照水平或溫度變化)來響應環境。

為了進行研究，研究人員在連續的黑暗或交替的12小時光照和12小時黑暗的環境中測量了細菌的基因表達活性。

在交替的光/暗周期中，編碼藍光感光細胞的ytvA基因的表達在暗期增加，在亮期減少，這表明晝夜節律時鐘中的夾帶過程。

在持續的黑暗條件下，枯草芽孢桿菌的周期仍然存在，雖然周期延長了，但並不嚴格遵循24小時的周期。

在另一個實驗中，研究人員用溫度周期進行實驗，這是刺激晝夜熱量變化的另一種方法。

ytvA基因的表達隨著溫度在25.5°C和28.5°C之間循環12小時而減弱和流動，與光照一樣，在自由運行的實驗中(與環境因素不同步)循環持續時間更長。

綜合所有的結果，研究人員得出結論，枯草芽孢桿菌具有一個晝夜節律鍾，通過自由運行的晝夜節律和被稱為授時因子周期的環境信號的系統傳導來表現。

雖然這些發現目前只涉及一種細菌，但這是第一次在任何非光合細菌中發現這種現象。這可能會加深人類對細菌的理解，要知道，細菌約佔地球上生物總量的15%。

目前，該團隊推測晝夜節律可能以某種方式受到轉錄-翻譯反饋系統的調節，或者可能與代謝周期有關。

還不知道是否有一種形式的整體「主時鐘」可以控制枯草芽孢桿菌的晝夜節律時間保持，但研究小組指出這也是一種可能性。

無論如何，細菌24小時生物鐘的影響可能會產生巨大的影響——不僅在對細菌生物學的科學理解方面，而且在生物醫學、農業、工業等領域的潛在應用方面。

編譯/前瞻經濟學人APP資訊組

原文來源：

https://www.sciencealert.com/scientists-confirm-bacteria-have-a-24-hour-body-clock-in-first-of-its-kind-discovery

https://advances.sciencemag.org/content/7/2/eabe2086

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