细菌可以通过内部生物钟告诉时间

点亮内部时钟–枯草芽孢杆菌。

人类拥有它们，其他动植物也是如此。现在的研究表明，细菌也具有与地球上24小时生命周期一致的内部时钟。

该研究回答了一个长期存在的生物学问题，可能对药物投放时间，生物技术以及我们如何为作物保护开发及时的解决方案产生影响。

生物钟或昼夜节律是精致的内部计时机制，在整个自然环境中广泛使用，使活的生物体能够应对昼夜甚至整个季节发生的重大变化。

这些分子节律存在于细胞内部，它们利用外部线索（例如日光和温度）将生物钟与其环境同步。这就是为什么我们会遇到时差的震撼效果，因为我们的内部时钟在与旅行目的地的新的明暗周期匹配之前会暂时不匹配。

在过去的二十年中，越来越多的研究表明这些分子节拍对基本过程的重要性，例如人体的睡眠和认知功能以及植物的水调节和光合作用。

尽管细菌占地球生物量的12％，对健康，生态和工业生物技术都很重要，但人们对其24小时生物钟知之甚少。

先前的研究表明，需要光来产生能量的光合细菌具有生物钟。但是，在这方面，自由生存的非光合细菌仍然是个谜。

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了自由运转的昼夜节律。

该团队应用了一种称为荧光素酶报告的技术，该技术涉及添加一种能够产生生物发光的酶，从而使研究人员可以观察到基因在生物体内的活跃程度。

他们着眼于两个基因：首先，一个名为ytvA的基因编码一个蓝色的光感受器，其次是一个称为KinC的酶，该酶参与诱导细菌中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条件下的基因水平。他们发现ytvA水平的模式已根据明暗周期进行了调整，在黑暗中水平升高，而在黑暗中水平降低。在持续的黑暗中仍然观察到一个循环。

研究人员观察了稳定的图案出现需要花几天的时间，并且如果条件颠倒，图案可以逆转。这两个观察结果是昼夜节律的共同特征，也是它们“夹带”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，增加日常周期的长度或强度，并发现ytvA和kinC的节律以与昼夜节律一致的方式进行了调整，而不仅仅是根据温度进行开和关。

慕尼黑LMU（路德维希·马克西米利安大学）的主要作者Martha Merrow教授说：“我们首次发现了非光合细菌可以告诉我们的时间。”“他们通过阅读光线或温度环境下的循环，使分子工作适应一天中的时间。”

“除了医学和生态学问题外，我们还希望使用细菌作为模型系统来了解昼夜节律机制。她补充说，这种细菌的实验室工具非常出色，应该可以使我们迅速发展。

这项研究可用于解决以下问题：一天中的细菌接触时间对感染是否重要？是否可以通过考虑一天中的时间来优化工业生物技术过程？一天中的抗菌治疗重要吗？

“我们的研究为研究跨细菌的昼夜节律打开了大门。现在我们已经确定细菌可以告诉时间，我们需要找出导致这些节律发生的过程，并了解为什么节律会为细菌带来好处，”约翰·英内斯中心的作者安东尼·多德（Antony Dodd）博士说。

丹麦技术大学的合著者ÁkosKovács教授补充说：“枯草芽孢杆菌除了用于人类和动物益生菌之外，还用于从洗衣粉生产到作物保护的各种应用，因此在这种细菌中构建生物钟将达到顶点。在自然生物技术领域。”

参考：Zheng Eelderink-Chen，Jasper Bosman，Francesca Sartor，Antony N. Dodd，ÁkosT.Kovács和Martha Merrow撰写的“非光合作用的原核生物中的昼夜节律钟”，科学进展。DOI：
10.1126 / sciadv.abe2086