Американские исследователи из Калифорнийского университета в Мерседе смогли построить синтетические клеточноподобные структуры, способные отсчитать 24-часовой цикл с точностью настоящих биологических часов. Эти микроскопические везикулы диаметром от 2 до 10 микрометров стали революционным инструментом для понимания тайн нашего внутреннего хронометра, который управляет циклом сна и бодрствования.
Эксперимент показал удивительную зависимость: чем больше "часовых белков" содержала искусственная клетка и чем больше был ее размер, тем точнее она считала время. Когда же количество белков уменьшали, везикулы теряли способность к точному хронометражу.
Простейшие часы в природе раскрывают свои секреты
Для создания синтетических хронометров ученые использовали три специфических белка из цианобактерий: KaiA, KaiB и KaiC. Эти микроорганизмы обладают самыми простыми циркадными часами в природе – системой, которая функционирует даже без участия ДНК. Белок KaiC выполняет роль центрального механизма, тогда как KaiA и KaiB регулируют его работу, подталкивая процессы вперед или назад.
Цианобактерии используют такие внутренние часы для предсказания смены дня и ночи, что позволяет им эффективно проводить фотосинтез в дневные часы и фиксировать азот ночью. Ученые вставили в везикулы липидные метки с флуоресцентным свечением, которое наглядно демонстрировало циркадный ритм в действии.
Разгадка может спасти миллионы жизней
Понимание механизмов циркадных ритмов имеет огромное значение для медицины. Нарушение биологических часов повышает риск сердечно-сосудистых заболеваний, рака, диабета и ожирения. По статистике, около 20% всех человеческих генов включаются и выключаются в течение одного полного цикла.
В 2017 году Нобелевскую премию по физиологии и медицине получили американские исследователи за открытие молекулярных механизмов, контролирующих циркадный ритм. Теперь новое исследование позволяет подробнее изучить, как организмы с разными размерами клеток могут использовать отличные стратегии хронометража.
Синтетические везикулы стали мощным инструментом для тестирования гипотез о том, почему живые существа выбирают именно такие, а не другие подходы к измерению времени. Самые маленькие часы на Земле находятся внутри наших клеток, но они также могут быть важнейшими для человеческого здоровья и долголетия.
