约翰·英尼斯中心 点亮生物钟——枯草芽孢杆菌
荣誉:丹麦技术大学Á·科斯·科瓦奇教授 人类有它们，其他动物和植物也有
现在研究表明，细菌也有与地球上24小时生命周期一致的生物钟
这项研究回答了一个长期存在的生物学问题，可能会对药物输送的时机、生物技术以及我们如何开发及时的作物保护解决方案产生影响
生物钟或昼夜节律是自然界中广泛存在的精致的内部计时机制，使生物能够应对从白天到晚上甚至跨季节发生的主要变化
这些分子节律存在于细胞内部，利用外部信号如日光和温度来使生物钟与环境同步
这就是为什么我们会经历时差带来的不和谐影响，因为我们的生物钟在到达旅行目的地之前会暂时失调，以适应新的明暗循环
在过去的20年里，越来越多的研究表明了这些分子节拍器对基本过程的重要性，例如人类的睡眠和认知功能，以及植物的水分调节和光合作用
尽管细菌占地球生物量的12%，对健康、生态和工业生物技术很重要，但对它们的24小时生物钟却知之甚少
先前的研究表明，需要光来产生能量的光合细菌有生物钟
但是自由生活的非光合细菌在这方面仍然是个谜
在这项国际研究中，研究人员在非光合土壤细菌枯草芽孢杆菌中检测到自由奔跑的昼夜节律
该团队应用了一种叫做荧光素酶报告的技术，该技术包括添加一种产生生物发光的酶，使研究人员能够观察生物体内基因的活性
他们专注于两个基因:首先，一个名为ytvA的基因，它编码一种蓝光感光细胞，其次是一种名为KinC的酶，它参与诱导细菌生物膜和孢子的形成
与12小时光照和12小时黑暗的周期相比，他们观察了恒定黑暗下的基因水平
他们发现ytvA水平的模式是根据明暗循环来调整的，水平在黑暗时增加，在光明时减少
在持续的黑暗中仍然观察到一个循环
研究人员观察了一个稳定的模式是如何花了几天时间出现的，如果条件颠倒，这个模式可能会逆转
这两个观察结果是昼夜节律的共同特征，也是它们“携带”环境线索的能力
他们利用每天的温度变化进行了类似的实验；例如，增加每日周期的长度或强度，并发现ytvA和kinC的节律以与昼夜节律一致的方式进行调整，而不仅仅是根据温度简单地打开和关闭
“我们首次发现非光合细菌可以报时，”LMU大学的首席作者玛莎·默罗教授说
“他们通过在光照或温度环境下读取周期，使分子工作适应一天中的时间
" “除了医学和生态学问题，我们希望用细菌作为模型系统来理解生物钟机制
针对这种细菌的实验室工具非常出色，应该能让我们取得快速进展，”她补充道
这项研究可以用来帮助解决这样的问题:一天中细菌暴露的时间对感染重要吗？考虑到一天中的时间，可以优化工业生物技术过程吗？抗菌治疗的时间重要吗？ “我们的研究打开了研究细菌昼夜节律的大门
既然我们已经确定了细菌可以告诉我们需要什么时间来找出导致这些节律发生的过程，并理解为什么拥有节律会给细菌带来优势
约翰·英尼斯中心的安东尼·多德
丹麦技术大学的合著者Á·科斯·科瓦奇教授补充道，“枯草芽孢杆菌除了最近被用作人类和动物益生菌之外，还被用于从洗衣洗涤剂生产到rop保护的各种应用中，因此在这种细菌中构建生物钟将在各种生物技术领域达到顶峰
" 这项研究发表在《科学进步》杂志上
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