Ciclo circadiano: anche i batteri ne hanno uno

Da esseri umani a piante e animali, tutti hanno un orologio circadiano interno. Ora una ricerca rivela che anche i batteri hanno un sistema per allinearsi con il ciclo di 24 ore della vita sulla Terra.

Ciclo circadiano: cos’è

L’orologio biologico o ciclo circadiano è un particolare meccanismo corporeo in grado di regolare le funzioni biologiche in base alla luce del giorno. Questi squisiti meccanismi di temporizzazione interni sono diffusissimi in natura. Consentono, infatti, agli organismi viventi di far fronte ai principali cambiamenti che si verificano dal giorno alla notte, anche attraverso le stagioni. All’interno delle cellule, questi ritmi molecolari utilizzano segnali esterni come la luce del giorno e la temperatura per sincronizzare l’ambiente con il metabolismo e il ritmo sonno-veglia. È per questo che sperimentiamo i fastidiosi effetti del jet lag o di alcuni cambi di stagione. Queste cose succedono perché non siamo più temporaneamente in grado di allinearci ai nuovi cicli di luce e buio.

I precedenti

Un numero crescente di ricerche negli ultimi due decenni ha dimostrato l’importanza di questi metronomi molecolari per i processi essenziali, ad esempio il sonno e il funzionamento cognitivo negli esseri umani, la regolazione dell’acqua e la fotosintesi nelle piante. Studi precedenti hanno dimostrato che i batteri fotosintetici, che richiedono luce per produrre energia, hanno orologi biologici. I batteri rappresentino il 12% della biomassa del pianeta e siano importanti per la salute, l’ecologia e la biotecnologia industriale. Nonostante questo si sa ancora poco riguardo il loro ciclo circadiano.

Ciclo circadiano nei batteri: la ricerca

Un team di ricercatori, guidato dalla professoressa Martha Merrow di Monaco, ha recentemente pubblicato una ricerca su un batterio non fotosintetico Il team ha applicato una tecnica chiamata segnalazione della luciferasi. Questa tecnica prevede l’aggiunta di un enzima che produce bioluminescenza per consentire ai ricercatori di visualizzare quanto sia attivo un gene all’interno di un organismo. I ricercatori si sono concentrati sull’attività di due geni. Il primo chiamato ytvA produce un fotorecettore per luce blu e il secondo, chiamato kinC, induce la formazione di biofilm e spore batteriche. Hanno così osservato che i loro livelli sono sensibili ai cicli di luce e buio. In particolare hanno scoperto che ytvA aumenta durante l’oscurità e diminuisce con la luce. Inoltre questi livelli di espressione hanno bisogno di tempo per adattarsi alle variazioni. I ricercatori hanno osservato come sono occorsi diversi giorni prima che i l’espressione di questi geni tornasse a stabilizzarsi se aumentavano o diminuivano le ore di luce. Gli studiosi hanno condotto questi esperimenti variando anche la temperatura, dimostrando un modello coerente con le osservazioni precedenti. Modificando i ritmi giornalieri quindi i geni ytvA e kinC sono stati regolati attraverso un ciclo circadiano complesso.

Le possibili applicazioni

Questa ricerca potrebbe essere utilizzata per rispondere a importanti domande mediche e industriali. Ad esempio: come influisce l’ora del giorno sulla probabilità di infettarsi con un batterio? L’ora del trattamento antibiotico è importante? È possibile ottimizzare i processi biotecnologici industriali tenendo conto della luce? Il batterio usato nella ricerca, Bacillus subtilis, viene usato in varie applicazioni industriali, dalla produzione di detersivi ai probiotici. La ricerca quindi porterà a probabili cambiamenti industriali nel suo uso. I ricercatori poi intendono utilizzare altri batteri per confermare i risultati e usare questi modelli nello studio del ritmo circadiano. L’autore Dr Antony Dodd del John Innes Center afferma:

Il nostro studio apre le porte per indagare i ritmi circadiani nei batteri. Ora che abbiamo stabilito che i batteri possono dire il tempo, abbiamo bisogno di scoprire i processi che causano questi ritmi e capire perché avere un ritmo può offrire ai batteri un vantaggio

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