Beaucoup de processus du corps suivent un rythme quotidien naturel ou dite horloge circadienne, donc il y a certains moments de la journée où une personne est plus alerte, quand le cœur est la plus efficace, et quand le corps préfère sommeil. Même les bactéries ont une horloge circadienne, et dans une étude de 10 Décembre Cell Reports, les chercheurs ont conçu des microbes synthétiques pour apprendre ce qui motive cette horloge et comment il pourrait être manipulé.
"La réponse semble être particulièrement simple: les protéines d'horloge détectent l'activité métabolique dans la cellule», explique l'auteur principal Michael Rust, de l'Université de l'Institut de Chicago de génomique et de la biologie des systèmes.
"Ceci est probablement parce que les cyanobactéries sont naturellement photosynthétique - ils sont effectivement responsable d'une grande partie de la photosynthèse dans l'océan - et donc si la cellule est sous tension ou non est une bonne indication de savoir si elle est jour ou de nuit," a-t-il dit. Pour les bactéries photosynthétiques, chaque nuit est une période de la famine, et il est probable que l'horloge circadienne les aide à grandir au cours de la journée afin de se préparer à la nuit tombée.
Pour rendre leur découverte, Rust et ses collègues ont dû séparer le métabolisme de l'exposition de lumière, et ils l'ont fait en utilisant une approche de la biologie synthétique pour faire des bactéries photosynthétiques capables de vivre sur le sucre plutôt que la lumière du soleil.
«Je suis surpris que ce fait a travaillé- en manipulant génétiquement juste un transporteur de sucre, il était possible de donner à ces bactéries un mode de vie complètement différent de celui qu'ils ont eu pendant des centaines de millions d'années», dit Rust. Les résultats indiquent que l'horloge de cyanobactéries peut se synchroniser sur le métabolisme en dehors du contexte de la photosynthèse. "Cela donne à penser que, dans l'avenir, ce système pourrait être installé dans les microbes de notre propre conception pour effectuer les tâches planifiées," dit-il.
Dans une analogie connexe, les ingénieurs qui ont développé des circuits électriques ont constaté que la synchronisation de chaque étape d'un calcul à une horloge interne fait des tâches de plus en plus complexes possibles, conduisant finalement à des ordinateurs que nous avons aujourd'hui. "Peut-être dans l'avenir, nous serons en mesure d'utiliser les horloges dans les microbes synthétiques conçus d'une manière similaire," dit Rust.
D'autres chercheurs ont montré que les molécules impliquées dans l'horloge circadienne chez les mammifères sont également sensibles au métabolisme, mais notre métabolisme ne sont pas si étroitement liée à la lumière du jour que les cyanobactéries de. Par conséquent, les horloges de nos corps ont évolué pour détecter également la lumière et l'obscurité.
"Ceci est probablement la raison pour laquelle, chez les mammifères, il existe des réseaux de neurones spécialisés qui reçoivent de la lumière provenant de l'entrée de la rétine et envoient des signaux de synchronisation au reste du corps," explique Rust. "Donc, pour nous, il est clairement un mélange de signaux métaboliques et exposition à la lumière qui sont importants."
Les bactéries qui vivent à l'intérieur de nos tripes, cependant, très probablement face à des défis quotidiens semblables à celles vécues par les cyanobactéries parce que nous leur donnons la nourriture pendant la journée quand nous mangeons, mais pas pendant la nuit. «Il est encore une question ouverte de savoir si les bactéries qui vivent à l'intérieur de nous ont des façons de garder la trace de temps», dit Rust.