Циркадные ритмы кишечника

Циркадный ритм или циркадианные часы — внутренний механизм, который управляет 24-часовыми циклами.  Это одна из двух систем по управлению сном и бодрствованием, она подсказывает организму, когда нужно спать, а когда — просыпаться и заниматься повседневными делами типа приёмов пищи. Однако, оказалось, что такие часы есть не только в мозге и не только у нас. Исследование, проведенное командой учёных из Университета Кентуки и опубликованное в PLOS ONE в 2016 году, показало, что бактерии, живущие в кишечнике, тоже имеют свои собственные ритмы жизни.

Изображение предоставлено Джиффином Паулосом.

«Мы сами — управляющие бактериальных часов, подобно солнцу, которое, в свою очередь, управляет нашими собственными циркадными ритмами», 

— отмечает Джиффин Паулос (Jiffin Paulose), британский постдок в университете и один из авторов исследования.

Паулос и глава кафедры биологии Винсент Кассоне (Vincent Cassone) обнаружили, что определённый класс бактерий, находящихся в кишечнике человека, а именно — Enterobacter aerogenes, проявляют циркадные модели поведения из-за их чувствительности к мелатонину, гормону, который вырабатывается ночью и стимулирует погружение в сон.

В то время, как мелатонин производится эпифизом, небольшой железой внутренней секреции в мозге, он также присутствует и во всей системе желудочно-кишечного тракта (ЖКТ). Кроме того, мелатонин содержат многие продукты. Поэтому циркадные системы ЖКТ координируются как освещенностью,  так и временем приёма пищи.

Паулос говорит, что влияние мелатонина на эти бактерии примечательно: как только мелатонин поднимается до уровней, аналогичных кишечным, отдельные клетки начинают взаимодействовать друг с другом и координировать периоды движения и деления в явлении, известном как роение.

«Это «копошение» под действием мелатонина происходит каждые 24 часа и может стать ключом к тому, чтобы мы смогли проанализировать циркадные ритмы кишечника»,

— замечает Винсент Кассоне.

Это — первая демонстрация циркадных ритмов у прокариот за пределами типа цианобактерий, и исследователи предполагают, что цианобактерии и E. aerogenes имеют общих эволюционных предков.

«Если наша следующая работа продемонстрирует, что догадки верны, то вполне возможно сделать вывод, что циркадианная система появилась на 3,5 миллиарда лет раньше, чем кислородпродуцирующий фотосинтез»,

— говорит Кассоне.

Их результаты также говорят о том, что циркадианная организация у позвоночных — это композиция из нескольких циркадных стимуляторов, организованных в иерархическую систему часов. И Паулос предполагает, что они должны рассматривать все бактерии, которые сосуществуют в организме в рамках этой иерархии.

Текст: Алексей Паевский

Human Gut Bacteria Are Sensitive to Melatonin and Express Endogenous Circadian Rhythmicity by Jiffin K. Paulose, John M. Wright, Akruti G Patel, and Vincent M. Cassone in PLOS ONE. Published online July 2016 doi:10.1371/journal.pone.0146643