Cуточные биологические ритмы заставляют наш организм бодрствовать днем и спать ночью, даже если у нас другие планы – этому посвящена статья «Украденная ночь» в сентябрьском GEO. Что любопытно, главный орган, ответственный за наше чувство времени - cупрахиазматическое ядро, зона мозга размером с рисовое зернышко. Каждая из 20 тысяч нервных клеток этого ядра отсчитывает секунды самостоятельно. А вот как этот гигантский оркестр умудряется не играть вразнобой? Ответ появился в свежем выпуске журнала Science.

Cинтетические биологи во главе с Джефом Хейсти из Университета Калифорнии в Сан-Диего решили смастерить биологические часы из бактерий E.Coli. Одноклеточный организм – очень грубая модель нервной клетки в мозгу. Однако тысячи нейронов и тысячи бактерий, если смотреть на них как на коллектив, ведут себя очень похоже. Принцип известный: человек не похож на муравья, но зато у города много общего с муравейником, поэтому знания о муравьях помогают бороться с пробками на дорогах. Точно так же знания о бактериях должны нам помочь разобраться с нашим собственным мозгом и его чувством времени.

Хэйсти с коллегами встроили в ДНК бактерии два гена, araC и lacI, которые взяли на себя функцию маятника в часах. Точнее, их работа похожа на поведение двух пружин, между которыми зажат грузик. Если одна пружина сжата – другая растянута; то же самое происходит с генами. Пока один вовсю трудится (то есть производит белок), другой ген подавлен, но стоит ему проснуться – и первый постепенно «выключится».  Каждый такой цикл – это одно «тиканье» внутриклеточных часов.

Часы в человеческом мозгу шлют сложные гормональные сигналы, которые, например, заставляют нас чувствовать прилив сил. Бактериям упростили задачу: от них требовалось просто ритмично вспыхивать. Для этого в геном E.Coli добавили третий вспомогательный ген – позаимствованный у медузы, он производит зеленый флуоресцентный белок (GFP), светящийся в темноте. Но в бактериях-часах он вырабатывается (и светится) не все время, а только тогда, когда активен один из генов «живого маятника».

Всякие часы, как известно, нужно время от времени подкручивать, сверяясь с эталоном во внешнем мире. Наши суточные ритмы «подкручиваются» c оглядкой на продолжительность светового дня. А для бактерий «эталоном времени» стали дозы сахара арабинозы, которые периодически то убывали, то возрастали. Если период был близок к периоду собственных колебаний «генетического маятника» клетки, наступал резонанс – как у маятника, который подталкивают рукой со строго заданным интервалом. На видео видно, как клетки начинают вспыхивать согласованно: работа генов в каждой клетке синхронизуется со внешним сигналом.

Помимо ключа к пониманию работы суточных циклов в мозгу, открытие сулит биологам и медикам массу всего интересного. Например, умные лекарства: клетки могут не вспыхивать, а выдавать очередную дозу медикамента ровно тогда, когда она нужна. geo_icon