Тик бактериальных часов
Внутренние часы тикают не только у высших организмов. Без него не могут обойтись даже бактерии. В настоящее время существует новая теория на вопрос о том, как это сделать.
Любой, кто уже совершил межконтинентальный перелет, знает это: биоритм. Внезапно вы смертельно устали посреди дня, но не можете уснуть пол ночи. Причиной этого являются наши внутренние часы, которые разбалансированы. Теперь нашим часам нужно время, чтобы примирить сбившийся ритм с внешними условиями - днем и ночью.
Этот циркадный ритм не ограничивается высшими организмами. Растения и низшие животные также активируют определенные гены в определенное время. Однако тот факт, что микробы тоже используют этот механизм, заставил специалистов задуматься. Можно было бы подумать, что для организмов, которые так быстро делятся, таких как бактерии, которые уже размножились за 24 часа, внутренние часы были бы пустой тратой времени.
Битериальные часы были обнаружены случайно: в 1980-х годах тайваньская исследовательская группа хотела выяснить, как цианобактерии, обитающие в рисовой шелухе, связывают азот из воздуха и химически фиксируют его таким образом, чтобы растение могло его использовать. Это. Крошечные существа совместили два на самом деле несовместимых процесса: фотосинтез и фиксацию азота. Они выпутались из дела хитрой уловкой. Они фотосинтезировали весь день и фиксировали азот ночью.
Для того чтобы отличать день от ночи, бактериям нужны внутренние часы. Итак, Карл Джонсон и его команда из Университета Вандербильта взялись за сине-зеленую мерцающую цианобактерию под названием Synechococcus elongatus. Они быстро определили три ответственных гена: kaiA, kaiB и kaiC. Все три необходимы для биологических часов. Хотя, по-видимому, задействованы дополнительные вещества, внутренние часы не работают без трех белков, транскрибируемых этими генами.
На следующем этапе исследователи очистили белки и изучили их структуру с помощью электронной микроскопии. Здесь KaiC, крупнейший белок среди трио, продемонстрировал поразительную форму. «Нам удалось показать, что KaiC образует кольцеобразную гексагональную структуру. И эта структура дает нам некоторые важные подсказки относительно того, как биологические часы регулируют экспрессию полного бактериального генома», - объясняет Джонсон. Это связано с тем, что структура KaiC похожа на уже известную структуру ДНК-связывающих белков.
Сходство предполагает, что KaiC также напрямую взаимодействует с ДНК. Но связь должна возникнуть несколько иначе, чем известная. Это связано с тем, что в KaiC отсутствуют некоторые генетические последовательности, столь характерные для кольцевых молекул. Обнаруженное здесь взаимодействие может быть новым в природе.
Однако на самый главный вопрос до сих пор нет ответа. Как этот белок работает как циркадные часы? Исследовательская группа подозревает, что это влияет на состояние ДНК.
Потому что кольцевая бактериальная хромосома может существовать в двух состояниях: в расслабленном состоянии гены могут быть прочитаны, в то время как в сверхспиральном состоянии вся молекула находится под таким напряжением, что никакой активности генов быть не может. Может быть, KaiC действует как переключатель, чтобы переключаться между двумя состояниями. «Мы действительно не знаем, так ли это», - говорит Джонсон. «Но это наша рабочая гипотеза».