Нарушенный цикл сна вызывает у цианобактерий неожиданный всплеск продуктивности
Хотя нарушенные циркадные ритмы негативно влияют на людей, у цианобактерий (сине-зелёных водорослей) они могут быть полезны для повышения эффективности биопроизводства.
Учёные Тихоокеанской северо-западной национальной лаборатории (PNNL) Министерства энергетики США показали, как можно использовать циркадные ритмы этих организмов для увеличения выработки целевых веществ. Оставленный на ночь свет привёл к неожиданному дополнительному производству сахара.
Исследование, проведённое под руководством Павла Бохуцкого, является частью работы PNNL в области прогностической феномомики — изучения способов предсказуемо влиять на признаки (фенотип) организма.
В работе, опубликованной в Microbial Cell Factories, команда изучала, как циркадные ритмы цианобактерий контролируют метаболизм углерода и энергии. Учёные манипулировали средой и наблюдали за последствиями.
Обычный режим:
- Днём — фотосинтез, создание энергетических запасов в виде гликогена.
- Ночью — отдых светособирающего аппарата, направление энергии на восстановление клеточных процессов, деление клеток и поддержание здоровья.
Эксперимент: учёные оставляли свет включённым и ночью.
Результат: цианобактерии перешли в режим повышенной продуктивности, производя в три раза больше сахарозы, чем днём. Вместо отдыха они использовали дополнительный свет, чтобы расщепить свои энергетические запасы и создать сахар. Они сократили энергию на самообслуживание и увеличили её долю на создание продукта.
Организм изменил свою активность в ответ на изменение среды, перенаправив энергию от типичных ночных процессов к нехарактерной ночной деятельности. Это яркий пример влияния окружающей среды на феном (совокупность признаков) организма.
Переключение произошло благодаря изменениям в активности более 300 генов, вовлечённых в фотосинтез, хранение углерода, деление клеток и другие жизненно важные процессы.
«Цианобактерии, по сути, перенастроили себя в ответ на изменение окружающей среды. Метаболизм и фенотип организма изменились очень драматичным образом», — отметил Павел Бохуцкий.
Значение работы:
- Предложен новый способ повышения эффективности использования цианобактерий для производства топлива, продуктов питания и промышленных химикатов.
- Продемонстрировано, как изменения среды могут «перепрошивать» молекулярную среду организмов, определяя их развитие и функции.