Началось время долгих зимних ночей. У кого-то стало настроение с утра не самым лучшим, кто-то все время спит. Все жалуются на гены и прочее, что непонятно. Нам намекают про то, как раньше наши предки могли…
Мне стало интересно, а как именно наши предки реагировали и главное каким местом. Полезла смотреть литературу. И удивилась. Начинать-то надо не с прямых предков, а с очень дальних!
Оказывается, самые наши дальние предки – цианобактерии уже чувствовали длину светового дня. Напоминаю, это те самые, которые устраивают цветение водоемов по весне.
Фотопериодизм – это очень старое явление, это – способность растений и животных различать длину дня и ночи, чтобы предвидеть сезонные изменения, ну и подготовиться к ним. Кто-то впадает в спячку, кто-то наращивает жир, кто-то отращивает мех. Растения сбрасывают листья, например.
Все это мы вроде знаем со школы. А как же цианобактерии-то? Да и точно ли это про фотопериодизм у них?
Уверяю вас – точно! Исследователи показали, что цианобактерии Synechococcus elongatus с жизненным циклом длительностью 5-6 часов могут предсказывать похолодания по длине светового дня, который на протяжении всего эксперимента был длиннее их жизненного цикла. Чуете? Вот экстрасенсы, так экстрасенсы!
Более того! После помещения в лед выживаемость цианобактерий, которые «росли» в условиях коротких «зимних» дней, была 2-3 раза выше, чем у бактерий живших в условиях «летних» дней. Для этого S. elongatus успевали изменить состав липидных мембран и заранее активировать специальные стрессовые реакции.
Вопрос, кто это все регулирует?
Давайте, начнем с нас самих. У млекопитающих ключевую роль в фотопериодизме играет мелатонин. Его секреция зависит от длины светового дня и регулирует сезонные процессы: часто повышение уровня мелатонина зимой подавляет желание размножаться, а летнее снижение – стимулирует.
Чуете? У нас мелатонин! Тот самый, кто за сон отвечает.
Ну и что там с бактериями, у них-то мелатонина нет?!
Оказалось, что в ответ на короткие и длинные световые дни у бактерий резко повышается экспрессия определенных сигма-факторов. Это обязательный элемент РНК-полимеразы, которые отвечает за то, с какими именно генами будет связываться РНК-полимераза и прочесть. РНК-полимераза не просто читает наши гены, но готовит с них копию в виде информационной РНК, которые потом отправляется в рибосомы, для синтеза белков. Сигма-факторы находят специфическое место на операторе гена, то есть месте, которое, грубо говоря, позволяет читать гена.
Вспомнили школу? Фух! Идем дальше.
Однако сигма фактор – это тоже белок, как выяснилось, они, факторы, немного разные.
У цианобактерий во время летних дней росла экспрессия сигма-фактора rpoD2, который ассоциирован с генами ответа на световой стресс. Таким образом, бактерии как бы готовились к грядущим солнечным дням с повышенной дозой ультрафиолета.
Можно сказать: «Обалдеть!», но это и понятно, хочешь фотосинтезировать, готовься и к ультрафиолету. Причем тут зима? Зима – это другая длина светового дня. Это холода.
Во время зимних дней росла экспрессия сигма-фактора sigC, который увеличивает синтез ненасыщенных липидов. Они разрыхляют мембрану, и температура ее замерзания падает. Так бактерии адаптировались к грядущему похолоданию и за счет этого легче переживали попадание в лед. Помимо этого, увеличивается экспрессия гена белка-clpB, между прочим, шаперона, который активирует различные АТФазы. Те, в свою очередь, разворачивают белковые агрегаты, которые неправильно свернулись из-за пониженной температуры. Да-да бывает и такое! Это позволяет белкам повторно сворачиваться уже в нормальную конформацию.
Вдобавок при холодных днях увеличивается экспрессия гена glgC, глюкозо-1-фосфат-аденилилтрансферазы, и бактерия начинает запасать гликоген перед будущими заморозками, чтобы не треснуть от морозов.
Таким образом можно выделить три основных пути, которыми бактерии адаптируются к пониженным температурам. К зиме!
1. Синтез ненасыщенных жирных кислот, чтобы увеличить пластичность мембран.
2. Активация определенных шаперонов, которые помогают белкам сворачиваться правильно.
3. Запасание гликогена перед будущими заморозками, когда эффективность фотосинтеза будет не такой высокой.
За счет этого бактерии могут адаптироваться к световому дню, который длиннее жизненного цикла каждой отдельной цианобактерии.
Это регуляция очень сложная. У млекопитающих ещё сложнее – временной паттерн-набор экспрессии "часовых" генов, генерируемый в каждом нейроне гипоталамуса, соединяется с таковым в других клетках и, усиливаясь, распространяет свои сигналы через мозг, а затем, через пищевое поведение, глюкокортикоиды и симпатические нервы, к периферическим органам.
Ну теперь вы лучше стали понимать себя? Хе?! Почему вы теперь по утрам любите крепкий сладкий чай или кофе и бутерброд с салом?!
Мы меняем тип питания, чтобы не болеть. В -зимнем рационе должны присутствовать очень разные продукты из всех групп – молочные, мясные, рыбные, злаки, фрукты, овощи и орехи. Если возникает сонное состояние, это гены вам трендят, что ты что-то делаешь и ешь не так.