Исследование проливает свет на то, как конфликтующие процессы происходят в одной клетке

Новое исследование из лаборатории Пакраси, опубликованное в Nature Communications, изучает функцию циркадных часов у одноклеточных азотфиксирующих цианобактерий — микробов с уникальными метаболическими признаками.

Цианобактерии существуют миллиарды лет и сыграли ключевую роль в изменении земной атмосферы с бескислородной на богатую кислородом. Эти организмы, как отмечает Химадри Пакраси, «имеют огромное значение для глобального цикла углерода и азота».

«Одноклеточные цианобактерии могут волшебным образом совмещать в одной клетке фиксацию азота и фотосинтез — процессы, известные как взаимно антагонистические», — пояснил Пакраси. Внутренние часы помогают цианобактериям разделять фотосинтез (процесс, требующий солнечного света и производящий кислород) и фиксацию азота (процесс, требующий бескислородной среды).

Несмотря на предыдущие исследования, генетическая сложность этих организмов затрудняла их изучение в лаборатории, и до сих пор функцию часов у них не удавалось детально изучить.

В данном исследовании лаборатория Пакраси использовала Cyanothece 51142 — одноклеточную азотфиксирующую бактерию, которую, что наиболее важно, можно генетически модифицировать. Как и часы, Cyanothece 51142 демонстрирует четкие повторяющиеся паттерны активности, что позволяет изучать влияние циркадных циклов.

Исследователи изучили ген kaiA — один из трёх генов, составляющих основные компоненты часов у Cyanothece 51142. Они обнаружили, что при удалении kaiA цианобактерия теряла способность нормально выполнять фиксацию азота.

«KaiA необходим для поддержания устойчивых колебаний физиологических процессов, — объяснила ведущий автор публикации Аниндита Бандйопадхьяй. — Это абсолютная необходимость для одноклеточных цианобактерий, чтобы они могли выполнять и фотосинтез, и фиксацию азота в одной клетке».

Эти результаты могут помочь лучше понять, как бактерии используют внутренние часы для выживания в меняющейся среде. «Фотосинтез и фиксация азота — два фундаментальных биоэнергетических процесса, имеющих решающее значение для поддержания жизни на этой планете», — сказал Пакраси.

Исследование также связано с другим проектом лаборатории Пакраси, в центре которого находится Cyanothece 51142. Цель проекта — использовать азотфиксирующие свойства этого организма для разработки удобрений. «Знания, полученные в этой работе, могут быть распространены на этот проект и многие другие подобные ему», — добавили авторы.