Вчені зі США створили штучні клітини, які здатні точно «відчувати» час, імітуючи природні добові ритми живих організмів. Це досягнення проливає світло на те, як біологічні годинники забезпечують стабільність внутрішнього ритму навіть у хаотичному молекулярному середовищі. Результати дослідження опубліковано в журналі Nature Communications.
Команда з Університету Каліфорнії в Мерседі, яку очолили професор біоінженерії Ананд Бала Субраманіам та професор хімії та біохімії Енді ЛіВанг, розробила крихітні штучні клітини — везикули — наповнені білками, відповідальними за циркадні ритми. Один із цих білків позначили флуоресцентним маркером, що дозволило відстежити активність біологічного годинника в режимі реального часу.
Ці синтетичні клітини випромінювали стабільний світловий сигнал, що точно повторював 24-годинний цикл протягом щонайменше чотирьох діб. Але як тільки зменшували концентрацію білків або розмір везикули, світловий ритм порушувався, що дозволило дослідникам виявити закономірності роботи такого «штучного годинника».
Щоб краще пояснити спостереження, команда створила комп’ютерну модель, яка показала, що стабільність ритмів залежить від достатньої кількості білків. У моделі навіть незначні відхилення в їхній концентрації могли порушити синхронність, однак при високому вмісті білків тисячі клітин зберігали точність роботи годинника.
Цікаво, що інша частина природної циркадної системи, яка відповідає за активацію та пригнічення генів, виявилася важливою не для функціонування окремих годинників, а для синхронізації ритмів у популяції клітин. Ще один ключовий момент — білки, як з’ясувалося, мають тенденцію осідати на стінках везикул, тому підтримання належної концентрації у всьому об’ємі надзвичайно важливе.
На думку дослідників, створення таких моделей відкриває нові можливості для вивчення механізмів біологічного часу без необхідності повноцінного живого організму. За словами мікробіолога Мінсю Фана з Університету штату Огайо, новий підхід дозволяє спостерігати за роботою циркадного механізму в клітинах змінного розміру, що дає змогу зрозуміти, чому у різних організмів можуть формуватися різні стратегії «відчуття часу».
Таким чином, створення синтетичних клітин з вбудованими механізмами добового ритму може стати потужним інструментом у дослідженні хронобіології, допомагаючи вивчити, як організми пристосовуються до часу на молекулярному рівні.