Kaip mikrobai manipuliuoja vidiniu laikrodžiu

Simbiotinės bakterijos kontroliuoja Havajų nykštukinio rašalo žuvų laikrodinį geną

Nykštukinis kalmaras Euprymna scolopes dienos metu ilsisi jūros dugne. © Nickas Hobgoodas / CC-by-sa 3.0
skaityti garsiai

Mūsų vidiniu laikrodžiu gali būti lengviau manipuliuoti, nei mes manome. Pirmą kartą JAV tyrėjai atrado gyvūną, kuriame jame gyvenančios bakterijos nustato, kada įjungiamas ar išjungiamas vienas iš jo laikrodžio genų. Signalinės mikrobų medžiagos kontroliuoja Havajų nykštukinės žuvies „Euprymna scolopes“ dienos ritmą, rašoma specializuotame žurnale „mBio“. Kadangi mes, žmonės, turime tą patį laikrodžio geną kaip ir kalmarai, mūsų bakterijos žarnyne gali paveikti mūsų vidinį laikrodį.

Taip pat žinomas kaip Havajų kalmarai „Bobtail Swarfed Euprymna“, kurie yra tik maždaug trijų colių aukščio ir gyvena sekliuose Havajų pakrančių vandenyse. Ten jis palaidotas dieną, palaidotas apsauginiame smėlyje, ir drįsta tik naktį ieškoti pašaro. Jis plaukia arti vandens paviršiaus ir daugiausia valgo krevetes. Plėšrūnams, besiartinantiems iš apačios, pavyzdžiui, ruoniams, kalmarams būtų lengvas grobis: Kadangi jo tamsiosios kūno formos aiškiai priešinasi mėnesienos vandens paviršiui. Todėl jis sukūrė priešnuodį: Vibrio fischeri rūšies bakterijas jis pasiima į savo lempos organą ir nuo šiol gyvena simbiozėje su šiais mikrobais. Tai suteikia jiems apsaugą ir maitinimą, jie naktį užsidega, kai bioliuminescencija yra melsva, todėl aštuonkojai optiškai susilieja su ryškiu vandens paviršiumi.

Stebėkite geną šviesiame organe

Kaip ir visi gyvūnai, nykštukė žuvis taip pat turi vidinį laikrodį: tam tikrų genų veikla svyruoja 24 valandų ritmu. Jų gaminami baltymai, dar vadinami kriptochromais, atskleidžia jų metabolizmą, kai yra vakaras, taigi laikas pradėti maistui. Margaret McFall-Ngai iš Viskonsino universiteto Madisono ir jos kolegos pirmą kartą atidžiau ištyrė, kaip šis vidinis laikrodis yra reguliuojamas - ir pasirodė nuostabu: Vieną iš kriptochromo genų iš tiesų Nykštukinės žuvies smegenys reguliuoja taip, kaip tikėtasi. Kitas laikrodžio genas, escry1, tačiau buvo aktyviausias šviesos organe - visur, kur sėdėjo bakterijos.

„Kaip bebūtų keista, šio geno aktyvumas nesikeičia priklausomai nuo aplinkos ryškumo ar tamsos“, - praneša tyrėjai. Vietoj to, ji visada aktyvi, kai simbiotinės Vibrio fischeri bakterijos pradeda savo bioluminescenciją. Bet koks yra lemiantis laikrodžio geno aktyvumo signalas? Teoriškai genui būtų įmanoma tiesiog reaguoti į bakterijų skleidžiamą šviesą, kaip aiškina McFall-Ngai ir jų kolegos. Taip pat gali būti, kad pačios bakterijos aktyviai prisideda prie geno įjungimo.

Vien šviesos nepakanka

Norėdami sužinoti, kuris variantas tinka nykštukinėms žuvims, tyrėjai atliko keletą eksperimentų. Pirmajame jie pašalino visas bakterijas iš sepijos žėrinčio organo ir stebėjo, kaip šokinėja laikrodžio genas. Taip nebuvo. Tuomet gyvūnai be bakterijų apšvitino melsvą šviesą, kaip paprastai gamina mikrobai. Laikrodžio genas šviesos organe taip pat nereagavo. displėjus

Kai mokslininkai užkrėtė kalmarus, bet Vibrio fischeri bakterijos, kurios buvo paimtos atliekant genetinę manipuliaciją, švytėjimas šoktelėjo į vidinį gyvūno laikrodį. Tai rodo, kad šį geną stimuliuoja pačios bakterijos arba jų išskiriama medžiaga, daro išvadą tyrėjai. Kuri medžiaga tarnavo kaip signalo perdavėjas tarp mikrobų ir kalmarų geno, parodė kitą testą. Jei tyrėjai į akvariumo vandenį paleido molekules, su kuriomis bakterijos paprastai rodo savo buvimą kitoms rūšims, tai iš tikrųjų įjungia laikrodžio geno escry1 aktyvumą - net jei kalmarai neturėjo daugiau mikrobų,

Stebėti manipuliacijas ir mūsų žarnyne?

„Mūsų žiniomis, tai yra pirmasis pranešimas apie bakterijas, kontroliuojančias jų šeimininko kasdienį ritmą“, - teigia McFall-Ngai. Šis radinys yra ypač jaudinantis, nes visi gyvūnai ir žmonės turi laikrodžių geną „escry1“. „Dviejuose neseniai paskelbtuose tyrimuose tyrėjai įrodė ryškų cirkadinį ritmą tiek žmogaus žarnyne, tiek žarnyno imuninėje sistemoje, kurią kontroliuoja šie laikrodžio genai“, - teigė tyrėjas.

Todėl kyla klausimas, ar žarnyno floros mikrobai taip pat gali padėti valdyti šią vidinio laikrodžio dalį. Mokslininkų nuomone, atliekant tolesnius tyrimus vertėtų atidžiau ištirti galimą mūsų mikrobų kambario draugų įtaką. („mBio“, 2013 m.)

(Amerikos mikrobiologijos draugija, 2013 4 03 - NPO)