Биологические часы в лабораторных условиях воссоздали.

Молекулярную систему биологических часов цианобактерий удалось построить вне клеток, говорится в исследовании, опубликованном в журнале Science. Часы составили из шести белков и фрагмента днк с промотором, циклически меняющим свою активность. Такая система подчинялась косинусоидальным колебаниям и позволила изучить функции белков - киназ, входящих в нее. Биологические часы в лабораторных условиях удалось воссоздать впервые.

Биологические часы - это не метафора, а настоящий молекулярный путь, который совершает суточные колебания с циклом около 24 часов. Этот биологический осциллятор регулирует циклы сна и бодрствования, пищевое поведение, а также кровяное давление и концентрации гормонов. За открытие механизма работы биологических часов даже присудили нобелевскую премию - подробнее об этом мы писали в материале "Ход Часов Лишь Однозвучный".

Такие циркадные ритмы существуют не только у животных, растений и грибов, но и у цианобактерий. Биохимический осциллятор у последних включает три белка Kai (с японского - цикл: A, B и с. эти белки передают временную информацию белкам - киназам, которые в свою очередь подавляют или активируют транскрипционный фактор - а он уже взаимодействует с днк и влияет на активность генов. Таким образом, биологические часы - это система, циклически изменяющая активность определенных генов, а вместе с ними - и активность бактерии.
Исследователи из калифорнийского университета под руководством Арчаны чаван (Archana G. Chavan) попробовали воссоздать биологические часы цианобактерий in Vitro. Для этого к белкам системы (всем трем белкам Kai, киназам Sasa, Cika и фактору транскрипции Rpaa) добавили флуоресцентные метки. Кроме того, биологи использовали синтетический фрагмент днк, представляющий оперон биологических часов. Когда компоненты взаимодействовали друг с другом, флуоресцентные метки изменяли свечение, интенсивность которого изменяли при помощи ридера флуоресценции.
Оказалось, данные экспериментов действительно подчиняются косинусоидальной функции с периодом примерно в 24 часа, где пик активации фактора транскрипции приходился где-то на 14 часов. По полученным данным исследователи проанализировали функции белков Sasa и Cika в передаче сигнала от трех Kai к транскрипционному фактору. Они показали, что эти белки выполняют не только функцию передатчиков, но и участвуют в колебаниях осциллятора: при добавлении Sasa смесь из Kaia, Kaib и KaiС начала показывать циклические изменения в связывании фактора транскрипции Rpaa с днк (то есть в активности генов в бактерии. Оказалось, Sasa рекрутирует Kaib к гексамеру KaiС, чем активирует колебания. Cika также восстанавливал колебания в низких концентрациях Kaia.
Воссоздать модель биологических часов вне живой клетки удалось впервые. Исследователи считают, что такой механизм позволит подробнее изучить физиологические эффекты, которые зависят от времени суток. В дальнейшем биологи предлагают имплантировать такие часы в искусственные клетки, чтобы контролировать не только сам осциллятор, но и процессы транскрипции и синтеза белка.
Циркадные ритмы играют важную роль не , внимание, только в процессах сна и бодрствования, но и связаны с различными нарушениями. Так, например, изменение работы биологических часов может привести к астме, а их остановка даже вызвать воспаление мозга.