Niedawne badanie prowadzone przez prof. Sigal Ben Yehudę i jej zespół z Uniwersytetu Hebrajskiego ujawniło fascynujący aspekt uśpienia bakterii. Ich badania rzucają światło na mechanizm, dzięki któremu uśpione zarodniki bakterii podtrzymują i aktywują trwały program transkrypcyjny po przebudzeniu, ukazując niezwykły system pamięci genetycznej.

Odkrycie to ma kluczowe znaczenie, ponieważ odkrywa mechanizmy regulujące sposób, w jaki organizmy te zachowują istotne informacje genetyczne podczas lat spoczynku. Zrozumienie tego procesu nie tylko rzuca światło na przeżycie bakterii w trudnych warunkach, ale także oferuje wgląd w utrzymywanie długoterminowych programów transkrypcyjnych w różnych organizmach, potencjalnie wpływających na dziedziny takie jak mikrobiologia, biotechnologia i medycyna. Taka wiedza może utorować drogę strategiom kontrolowania patogenów, usprawniać procesy biotechnologiczne i pogłębiać naszą wiedzę na temat stanów uśpionych różnych form życia.

Zarodniki, sprężyste i ochronne struktury utworzone przez niektóre mikroorganizmy, takie jak bakterie i grzyby, służą jako mechanizm przetrwania w obliczu niekorzystnych warunków. Zarodniki bakterii należą do najdłużej żyjących form komórkowych na Ziemi, a doniesienia wskazują na ich odrodzenie po milionach lat spokoju. Zawierają materiał genetyczny organizmu i jego istotne składniki, pozostając w stanie uśpienia do czasu, aż warunki staną się sprzyjające kiełkowaniu. Zrozumienie zarodników ma kluczowe znaczenie w różnych dziedzinach, oferując wgląd w strategie przetrwania i potencjalne zastosowania w mikrobiologii, rolnictwie i biotechnologii.

Badanie opublikowane w czasopiśmie Komórka Molekularna, podkreśla odkrycie centralnej domeny chromosomalnej w uśpionych zarodnikach. Domena ta zawiera rdzeniową polimerazę RNA (RNAP), która pozostaje związana ze specyficznymi międzygenowymi regionami promotora w czasie spoczynku. Regiony te sprawują kontrolę nad genami kluczowymi dla podstawowych funkcji komórkowych, takich jak produkcja rRNA i tRNA.

Po wyjściu ze stanu uśpienia polimeraza RNA znajdująca się wewnątrz zarodników natychmiast inicjuje kopiowanie ważnych instrukcji genetycznych. Rekrutuje składniki niezbędne do transkrypcji, takie jak czynniki sigma, szybko aktywując niezbędne geny niezbędne do funkcjonowania komórek. W badaniu zaobserwowano również podobny proces u bakterii chorobotwórczych, które tworzą przetrwalniki, co sugeruje wspólną strategię różnych organizmów polegającą na ponownym inicjowaniu funkcji po stanie uśpienia.

Badania ujawniły także kluczową rolę w tym procesie białek zagęszczających DNA zarodników. Mutanty pozbawione tych białek wykazywały rozproszoną lokalizację RNAP, co skutkowało zdezorganizowaną ekspresją genów podczas kiełkowania. Podkreśla to znaczenie utrzymania właściwej struktury chromosomów w zachowaniu programu transkrypcyjnego kluczowego dla odrodzenia zarodników.

Prof. Sigal Ben Yehuda powiedział: „Nasze badania sugerują, że struktura chromosomu zarodnika jest zaprojektowana tak, aby podtrzymywać plan aktywności genów poprzez wstrzymywanie polimerazy RNA w trybie gotowości, w gotowości do wznowienia ekspresji genów, gdy warunki sprzyjają odrodzeniu. Znaczenie tego mechanizmu może wykraczać poza bakterie, oferując cenne informacje na temat utrzymywania trwałych planów aktywności genów w różnych organizmach, które przechodzą uśpione etapy życia”.

Badania te oznaczają znaczący postęp w zrozumieniu skomplikowanych mechanizmów stojących za uśpieniem i odrodzeniem bakterii. Jego implikacje obejmują różnorodne dziedziny, od mikrobiologii po potencjalne zastosowania w biotechnologii i medycynie.