En un descubrimiento único en su tipo, los científicos han descubierto que una especie de bacteria no fotosintética está regulada por la misma ritmos circadianos que dominan tantas otras formas de vida.
En los seres humanos, nuestros ritmos circadianos actúan como una especie de reloj biológico en nuestras células, controlando prácticamente todos los procesos de nuestro cuerpo, influyendo en el momento en que dormimos y nos levantamos, además del funcionamiento de nuestro metabolismo y los procesos cognitivos.
Este cronometraje interno, que gira en torno a un ciclo de 24 horas, está impulsado por nuestro reloj circadiano, y el mismo fenómeno central también se ha observado en muchos otros tipos de organismos, incluidos animales, plantas y hongos.
Sin embargo, durante mucho tiempo no ha estado claro si las bacterias en general también están sujetas a los dictados de los ritmos circadianos.
El fenómeno se ha demostrado en bacterias fotosintéticas, que utilizan la luz para producir energía química, pero en cuanto a si otros tipos de bacterias también poseen relojes circadianos ha sido un misterio durante mucho tiempo, hasta ahora.
“Hemos descubierto por primera vez que las bacterias no fotosintéticas pueden decir la hora”, explica la cronobióloga Martha Merrow de la Universidad Ludwig Maximilian de Munich.
“Adaptan su funcionamiento molecular a la hora del día leyendo los ciclos en la luz o en el ambiente de temperatura”.
en un nuevo estudio, Merrow y otros investigadores examinaron Bacillus subtilis, una bacteria resistente y bien estudiada que se encuentra en el suelo y el tracto gastrointestinal de muchos animales, incluidos los humanos.
Mientras B. subtilis
Para investigar, los investigadores midieron la actividad de expresión genética de la bacteria en cultivos expuestos a oscuridad constante o un ciclo diario alterno de 12 horas de luz seguidas de 12 horas de oscuridad.
En el ciclo alterno de luz / oscuridad, la expresión de un gen llamado ytvA – que codifica un fotorreceptor de luz azul – aumentó durante la fase oscura y disminuyó durante la fase de luz, indicativo de procesos de arrastre en un reloj circadiano.
Cuando se somete a la oscuridad constante, el ciclo todavía existía en B. subtilis, aunque el período se alargó, no siguiendo estrictamente un ciclo de 24 horas sin la señal luminosa para apagarse.
En otro experimento, los investigadores experimentaron con ciclos de temperatura, que es otra forma de estimular los cambios de calor entre el día y la noche.
Una vez más, la expresión de ytvA disminuyó y fluyó a medida que las temperaturas oscilaban entre 12 horas a 25,5 ° C (77,9 ° F) y 12 horas a 28,5 ° C (83,3 ° F) y, al igual que con la luz, el ciclo persistió en una de funcionamiento libre experimento (no sincronizado con las señales ambientales) aunque con un período más largo.
Tomando todos los resultados juntos, los investigadores concluyen B. subtilis tiene un reloj circadiano, exhibido por ritmos circadianos de ejecución libre y arrastre sistemático a señales ambientales conocidas como ciclos de temporizador.
Si bien los hallazgos solo pertenecen a una especie bacteriana por ahora, es la primera vez que este fenómeno ocurre en cualquier bacteria no fotosintética, lo que podría tener vastas implicaciones para nuestra comprensión de las bacterias en su conjunto: organismos que explican aproximadamente el 15 por ciento de la materia viva en la Tierra.
“Nuestro estudio abre puertas para investigar los ritmos circadianos en las bacterias”. dice el investigador de ritmos circadianos Antony Dodd del John Innes Center en el Reino Unido.
“Ahora que hemos establecido que las bacterias no fotosintéticas pueden indicar el tiempo que necesitamos para descubrir los procesos en las bacterias que causan que ocurran estos ritmos y entender por qué tener un ritmo proporciona una ventaja a las bacterias”.
Por ahora, el equipo especula que los ritmos circadianos pueden estar regulados de alguna manera por un sistema de retroalimentación de transcripción-traducción, o podrían estar vinculados a ciclos metabólicos.
También se desconoce si una forma de ‘reloj maestro’ general podría controlar de alguna manera B. subtilisEl tiempo circadiano, como se ha sugerido en humanos, aunque el equipo señala que es una posibilidad.
“Será informativo investigar si la temperatura y la luz son entradas para un marcapasos maestro, o si B. subtilis podría tener múltiples osciladores, como se describe para una variedad de organismos unicelulares y multicelulares “, los autores escribir en su papel.
“También es posible que B. subtilis podría tener un oscilador maestro o uno o más osciladores descendentes que estén acoplados y activados por un marcapasos principal “.
En cualquier caso, las ramificaciones de un reloj corporal de 24 horas en las bacterias podrían tener enormes ramificaciones, no solo en términos de comprensión científica de la biología bacteriana, sino también en su posible utilización en la ciencia biomédica, la agricultura, la industria y más.
“Bacillus subtilis se utiliza en diversas aplicaciones, desde la producción de detergente para ropa hasta la protección de cultivos … [and] probióticos humanos y animales ” dice el bioingeniero Ákos Kovács de la Universidad Técnica de Dinamarca.
“Así, la ingeniería de un reloj biológico en esta bacteria culminará en diversas áreas biotecnológicas”.
Los hallazgos se informan en Avances científicos.
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