细菌也有生物钟，并且惊人的复杂

　　细菌占所有生物的10%以上，但直到最近我们才意识到，和人类一样，土壤细菌也有内部时钟，使它们的活动与地球上24小时的昼夜循环同步。新的研究表明，这些细菌生物钟是多么复杂和复杂，为一个令人兴奋的新研究阶段扫清了道路。

　　

细菌占所有生物的10%以上，但直到最近我们才意识到，和人类一样，土壤细菌也有内部时钟，使它们的活动与地球上24小时的昼夜循环同步。

新的研究表明，这些细菌生物钟是多么复杂和复杂，为一个令人兴奋的新研究阶段扫清了道路。这项工作将提供多种机会，从抗生素使用的精确定时，到生物工程智能肠道和土壤微生物群。

由慕尼黑路德维希·马克西米利安大学(LMU Munich)、约翰·英尼斯中心、丹麦技术大学和莱顿大学组成的国际合作小组，通过探测基因表达，作为广泛存在的土壤细菌枯草芽孢杆菌时钟活动的证据，发现了这一发现。

主要作者Francesca Sartor博士(慕尼黑大学)报告说:“这种微生物的生物钟是普遍存在的:我们看到它调节着几个基因，以及一系列不同的行为。”

约翰英纳斯中心的Antony Dodd教授补充说:“令人惊讶的是，一个基因组如此之小的单细胞生物却有一个生物钟，其某些特性可以唤起更复杂生物的生物钟。”

这个合作小组之前的工作已经证明了在实验室衍生的这种细菌菌株中存在生物钟。这是首次在枯草芽孢杆菌中观察到生物钟。研究人员使用了一种技术，插入一种叫做荧光素酶的酶，当基因表达时，这种酶会产生光。这种生物发光指导研究小组在条件变化时监测细菌时钟。

该论文的资深作者、慕尼黑大学的Martha Merrow教授说:“这项研究表明，在枯草芽孢杆菌中广泛存在生物钟。我们可以利用生物钟知识来改善健康状况，提高粮食生产或生物技术的可持续性。”

这项新研究是向前迈出的重要一步，原因有很多。它揭示了这些时钟存在于从自然环境中收集的菌株中，因此可能在这种细菌中广泛存在。此外，枯草芽孢杆菌在恒定的黑暗和恒定的光线下都继续表现出昼夜节律，研究人员揭示了许多其他生物生物钟中细微反应的例子。在昼夜节律生物学领域，这些反应被称为“后效”和“阿肖夫规则”。综上所述，这表明，就像在更复杂的生物体中一样，细菌可以随着光照和温度条件的变化，在一天中的不同时间同步它们的生理和代谢。 

这一发现为生物技术、人类健康和植物科学提供了机会。了解细菌生物钟的特性可以帮助我们进行微生物学的工业应用;这可能会导致对微生物群如何形成的新理解，并可能表明抗生素在一天中的某些时间如何有效地破坏致病菌。这些知识也可能对我们的作物保护有所帮助。枯草芽孢杆菌是一种有益的土壤细菌，被农民用来协助养分交换，植物发育和防御病原微生物。

该团队正在开发枯草芽孢杆菌作为研究细菌生物钟的模式生物。接下来的一个步骤是找出哪些基因在运作，构成了生物钟机制。研究小组还对枯草芽孢杆菌的生物钟如何依赖多细胞组织来实现其全部功能感到好奇。

生物钟是一种内部振荡器，通过使生物体的生理和新陈代谢适应环境中的24小时变化(如光线、温度或捕食者行为的变化)，为生物体提供了一种选择优势。当我们进入不同的时区时，它们会产生时差反应。

来自莱顿大学和丹麦技术大学的ákos T. Kovács教授说:“法国生物学家雅克·莫诺曾经说过一句名言:‘对大肠杆菌适用的道理对大象也适用。’”当时，他指的是分子生物学的普遍规律——DNA和蛋白质。同样，令人惊讶的是，枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)——一种只有4000个基因的细菌——的生物钟有一个复杂的昼夜节律系统，让人想起蝇、哺乳动物和植物等复杂生物的生物钟。”

Francesca Sartor, Xinming Xu, Tanja Popp, Antony N. Dodd, Ákos T. Kovács, Martha Merrow. The circadian clock of the bacterium            B. subtilis            evokes properties of complex, multicellular circadian systems. Science Advances, 2023; 9 (31)