Американські дослідники з Каліфорнійського університету в Мерседі змогли побудувати синтетичні клітиноподібні структури, здатні відрахувати 24-годинний цикл з точністю справжніх біологічних годинників. Ці мікроскопічні везикули діаметром від 2 до 10 мікрометрів стали революційним інструментом для розуміння таємниць нашого внутрішнього хронометра, який керує циклом сну та неспання.
Експеримент показав дивовижну залежність: чим більше "годинникових білків" містила штучна клітина і чим більшим був її розмір, тим точніше вона рахувала час. Коли ж кількість білків зменшували, везикули втрачали здатність до точного хронометражу.
Найпростіші годинники у природі розкривають свої секрети
Для створення синтетичних хронометрів учені використали три специфічні білки з ціанобактерій: KaiA, KaiB та KaiC. Ці мікроорганізми володіють найпростішими циркадними годинниками у природі – системою, яка функціонує навіть без участі ДНК. Білок KaiC виконує роль центрального механізму, тоді як KaiA та KaiB регулюють його роботу, підштовхуючи процеси вперед або назад.
Ціанобактерії використовують такі внутрішні годинники для передбачення зміни дня і ночі, що дозволяє їм ефективно проводити фотосинтез в денні години та фіксувати азот уночі. Вчені вставили до везикул липідні мітки з флуоресцентним свіченням, яке наочно демонструвало циркадний ритм у дії.
Розгадка може врятувати мільйони життів
Розуміння механізмів циркадних ритмів має величезне значення для медицини. Порушення біологічного годинника підвищує ризик серцево-судинних захворювань, раку, діабету та ожиріння. За статистикою, близько 20% усіх людських генів включаються і виключаються протягом одного повного циклу.
У 2017 році Нобелівську премію з фізіології та медицини отримали американські дослідники за відкриття молекулярних механізмів, що контролюють циркадний ритм. Тепер нове дослідження дає змогу детальніше вивчити, як організми з різними розмірами клітин можуть використовувати відмінні стратегії хронометражу.
Синтетичні везикули стали потужним інструментом для тестування гіпотез про те, чому живі істоти обирають саме такі, а не інші підходи до вимірювання часу. Найменші годинники на Землі знаходяться всередині наших клітин, але вони також можуть бути найважливішими для людського здоров'я та довголіття.
