Пресноводные бактерии растут быстрее днём: возможная генетическая причина
Исследователи из Университета Делавэра обнаружили, что некоторые бактерии в пресноводных водоёмах (прудах, озёрах) растут быстрее в дневное время, даже не используя солнечный свет как источник энергии. Как описано в Journal of Bacteriology, причиной может быть активность специальных генов, поглощающих свет.
Это открытие важно для понимания углеродного цикла — движения углерода в природе, включая его роль в экосистемах водоёмов, на которые влияет деятельность человека.
Профессор Джулия Мареска изучала, как два штамма пресноводных бактерий используют свет. Эксперименты начались с двух культур:
- Красные клетки (Rhodoluna (Rhl.) lacicola strain MWH-Ta8) с естественной фотосистемой.
- Жёлтые клетки (Aurantimicrobium sp. strain MWH-Uga) без фотосистемы.
Ожидалось, что только красные клетки ускорят рост на свету. Однако в экспериментах постдока Джессики Кеффер оба штамма росли быстрее при освещении белым светом. Дальнейшие опыты показали ускорение роста в синем и УФ-свете (420 нм и 375 нм), но не в красном или зелёном.
Это навело на мысль, что бактерии используют свет не для энергии, а как информационный сигнал ("пора просыпаться и быть активными").
Анализ активности генов показал:
- На свету: бактерии активнее поглощают и метаболизируют органический углерод (сахара).
- В темноте: они переключаются на ремонт и производство белков, готовясь к будущему росту.
Сравнение геномов выявило у обоих штаммов два необязательных гена, связанных с поглощением синего света:
- ДНК-фотолиаза — ремонтирует УФ-повреждения ДНК, но вряд ли напрямую стимулирует рост.
- Криптохром — регулятор циркадных ритмов у животных, растений, грибов и человека.
Исследователи очистили белок криптохрома и установили, что он поглощает свет именно на длинах волн, ускоряющих рост (420 нм и 375 нм). Это косвенное, но убедительное свидетельство его возможной роли в феномене.
Гипотеза: бактерии, обитающие в верхних, освещённых слоях воды, "включают" метаболизм днём, чтобы синхронизироваться с продуцированием органики водорослями (которые используют CO2 и свет). Это стратегия "первым прийти на свежезаполненный шведский стол".
Исследование продолжается в коллаборации с учёными, изучающими взаимодействие этих бактерий с водорослями. Как отметила Мареска, эта работа — пример того, как научное открытие рождается из неудавшегося эксперимента и последующих вопросов.