Le cianobatteri, antico gruppo di batteri fotosintetici, coordinano la divisione cellulare con i ritmi circadiani utilizzando un principio simile alla modulazione di ampiezza della radio AM per codificare le informazioni. Una recente ricerca pubblicata su Current Biology ha rivelato che i cianobatteri trasmettono informazioni all’interno delle singole cellule attraverso variazioni nell’ampiezza di un impulso, svelando così il funzionamento dei ritmi biologici nel regolare i processi cellulari.
Nella trasmissione radio AM, l’onda portante con intensità e frequenza costanti viene sovrapposta al segnale audio contenente le informazioni da trasmettere, variando l’ampiezza dell’onda portante in base alla frequenza del segnale audio. Questo meccanismo simile è stato individuato anche nei cianobatteri, dove il ciclo di divisione cellulare agisce come ‘segnale portante’, mentre il segnale di modulazione proviene dall’orologio circadiano interno dei batteri.
Il team di ricerca, guidato dal Professor James Locke presso il Sainsbury Laboratory dell’Università di Cambridge (SLCU) e dal Dottor Bruno Martins dell’Università di Warwick, ha identificato questo meccanismo simile alla radio AM nei cianobatteri. La scoperta risponde a una domanda antica nella biologia cellulare su come le cellule integrino i segnali provenienti da due processi oscillatori – il ciclo cellulare e il ritmo circadiano – che operano a frequenze diverse.
Utilizzando la microscopia a intervalli di tempo e la modellazione matematica, il team ha seguito l’espressione di una proteina chiave, il fattore sigma alternativo RpoD4, durante la divisione cellulare. Questo ha permesso loro di comprendere come le cellule codificano informazioni su entrambi i segnali oscillatori nello stesso output, grazie alla modulazione di ampiezza dell’impulso.
Le implicazioni di queste scoperte sono significative, poiché confermano il principio sottostante variando la frequenza sia del ciclo cellulare che dell’orologio circadiano. Questo dimostra come la natura abbia sviluppato soluzioni ingegnose per l’elaborazione delle informazioni, risalenti a 2,7 miliardi di anni fa nel lignaggio cianobatterico.
Il Professor Locke ha sottolineato l’importanza di studiare i cianobatteri per comprendere gli orologi biologici in organismi più complessi, con possibili implicazioni nella biologia sintetica e nella biotecnologia. Queste scoperte potrebbero contribuire allo sviluppo di colture più resilienti ai cambiamenti ambientali, con riflessi sull’agricoltura e la sostenibilità.
Riferimento: “The cyanobacterial circadian clock couples to pulsatile processes using pulse amplitude modulation” di Chao Ye, Chris N. Micklem, Teresa Saez, Arijit K. Das, Bruno M.C. Martins e James C.W. Locke, 25 novembre 2024, Current Biology. DOI: 10.1016/j.cub.2024.10.047 Questa ricerca è stata finanziata da BBSRC, ERC, la Gatsby Charitable Foundation e la Royal Society.
