Сенсационное открытие: одни из древнейших бактерий "общаются" с помощью радиосвязи

Детали открытия

Было обнаружено, что цианобактерии регулируют свои гены с помощью того же физического принципа, что используется в радиопередаче в диапазоне АМ. Новое исследование, опубликовано в журнале опубликовано в журнале Current Biology, показало, что цианобактерии "используют вариации амплитуды (силы) импульса для передачи информации в отдельных клетках", цитирует 24 Канал. Это открытие проливает свет на то, как биологические ритмы работают вместе для регулирования клеточных процессов.

Смотрите также Революционная технология позволяет редактировать отдельные атомы в молекулах

В радио АМ (амплитудная модуляция) волна с постоянной силой и частотой – так называемая несущая волна – генерируется из колебаний электрического тока. Аудиосигнал, который содержит информацию (например, музыку или речь), передаваемый, накладывается на несущую волну. Это происходит путем изменения амплитуды несущей волны в соответствии с частотой аудиосигнала.

Исследовательская группа под руководством профессора Джеймса Локка из лаборатории Сейнсбери Кембриджского университета (SLCU) и доктора Бруно Мартинса из Университета Уорика обнаружила, что подобный механизм, подобный радио, работает в цианобактериях.

• У них цикл деления клеток – процесс, во время которого одна клетка растет и делится на две новые клетки, – выступает в роли "сигнала-носителя".
• Модулирующий сигнал поступает от 24-часовых циркадных часов бактерии, которые действуют как внутренний механизм отсчета времени.

Это открытие дает ответ на давний вопрос клеточной биологии: как клетки интегрируют сигналы от двух колебательных процессов – клеточного цикла и циркадного ритма, которые работают на разных частотах? До сих пор было непонятно, как эти два цикла могут быть скоординированы.

Чтобы решить эту загадку, исследовательская группа использовала одноклеточную хронометражную микроскопию и математическое моделирование. С помощью временной микроскопии они отслеживали экспрессию белка, альтернативного сигма-фактора RPoD4. RPoD4 играет важную роль в инициации транскрипции – процесса, с помощью которого генетическая информация из ДНК транскрибируется в РНК. Моделирование позволило исследователям изучить механизмы обработки сигнала, сравнивая результаты моделирования с данными микроскопии. Команда обнаружила, что RPoD4 включается импульсами, которые возникают только во время деления клеток, что сделало его идеальным кандидатом для отслеживания.

Ведущий автор отчета доктор Чао Е объяснил: "Мы обнаружили, что циркадные часы диктуют, насколько сильными являются эти импульсы во времени. Используя эту стратегию, клетки могут кодировать информацию о двух колебательных сигналах в одном и том же выходном сигнале: информацию о клеточном цикле в частоте пульсации, а о 24-часовых часах – в силе пульсации. Это первый случай, когда мы наблюдаем циркадные часы, использующие для управления биологическими функциями амплитудно-импульсную модуляцию, концепцию, которая обычно ассоциируется с коммуникационными технологиями".

Что это нам дает

Изменение частоты или клеточного цикла с помощью окружающего света, или циркадных часов с помощью генетических мутаций подтвердило основной принцип. Поразительно видеть в природе примеры того, что мы иногда считаем "нашими" инженерными правилами. Цианобактерии появились 2,7 миллиарда лет назад и имеют элегантное решение этой проблемы обработки информации,
– сказал соавтор исследования доктор Мартинс.

Профессор Локк добавил: "Одна из причин, почему мы изучаем цианобактерии, заключается в том, что они имеют самые простые циркадные часы среди всех организмов, поэтому его понимание закладывает фундамент, необходимый для понимания часов в более сложных организмах, таких как люди и сельскохозяйственные культуры".

Эти принципы могут иметь более широкое применение в синтетической биологии и биотехнологии. Например, это может помочь нам разработать культуры, более устойчивые к меняющимся условиям окружающей среды, что будет иметь последствия для сельского хозяйства и устойчивого развития человечества.