Ученые превратили бактерий E. Coli в крошечные живые хронометры - «Наука и технологии»

Множество растений, животных и микроорганизмов используют естественные внутренние хронометрические механизмы, так называемые циркадные часы, которые позволяют им существовать, придерживаясь их суточных циклов. Работа механизма циркадных часов некоторых живых организмов изучена достаточно хорошо, но механизмы, задающие циркадные ритмы у бактерий и других микроорганизмов изучены и понятны людям в меньшей степени. Наиболее изучены циркадные часы фотосинтетических цианобактерий, и именно этот механизм ученые из Медицинской школы Гарвардского университета внедрили в организм бактерий вида E. Coli у которых подобные механизмы отсутствуют вообще. Такие крошечные хронометры могут быть использованы в биологических компьютерах будущего, в устройствах, предназначенных для борьбы с нарушениями биологических ритмов и во множестве других областей.

Основу циркадных часов цианобактерий составляет кластер генов под названием kaiABC и аденозинтрифосфат (АТФ), молекулярное "топливо", которое используется практически всеми видами живых клеток. В течение дня, в активный период цианобактерий, белок KaiA активизируется и побуждает белок KaiC связываться с фосфатными группами АТФ. В темное время активизируется белок KaiB, который подавляет действие белка KaiA и заставляет белок KaiC разорвать связи с фосфатными группами.

Ученые из Гарварда изъяли механизм беков kaiABC и пересадили его внутрь бактерий E. Coli. Кроме этого, внутрь бактерий был введен зеленый флуоресцентный белок, который позволил отследить деятельность работы механизма пересаженных циркадных часов. Во время первой части суточного цикла бактерии E. Coli становились более флуоресцентными и возвращались к состоянию минимальной флуоресценции за оставшееся время, демонстрируя то, что механизм kaiABC продолжал "тикать" и после пересадки в другой организм.

Первые бактерии E. Coli, получившие механизм циркадных часов, оказались способны отсчитывать время в течение трех суток. Это происходит из-за того, что у таких бактерий отсутствует возможность синхронизации с внешними циклами. "В природе такие часы каждый раз синхронизируются с естественным суточным циклом. Но это не работает в случае бактерий E. Coli, у которых отсутствуют фоторецепторы, реагирующие на изменения освещенности".

Это, в свою очередь, означает, что микроорганизмы с внедренными в них циркадными часами должны еще быть серьезно доработанными, прежде чем их можно будет использовать на пользу людям. Но в будущем, такие микроорганизмы, совместно с микроорганизмами, способными выполнять математические и логические функции, станут элементами стандартного набора инструментов конструкторов биологических компьютеров. "Очень часто требуется функция, что при получении некоторого сигнала через определенное время требуется выполнить ряд заданных действий. И спроектированные нами бактерии E. Coli идеально подходят для такого".

Кроме этого, микроорганизмы, превращенные в крошечные хронометры, могут использоваться для введения лекарственных препаратов в тело пациента в определенное время. И, такой подход может оказаться эффективным средством борьбы с нарушениями биоритмов и суточного цикла, которые в некоторых случаях являются побочными эффектами от некоторых медицинских лекарственных препаратов.