Слева – размножающиеся клетки кишечной палочки,
часть из которых синтезируют флуоресцентный белок.
Справа – график изменения светимости белка со временем.
Кадр из видеороликов авторов исследования.

Калифорнийские биологи создали генетические часы, используя бактерию Escherichia coli, также известную как кишечная палочка. Работа исследователей опубликована в журнале Nature. В пресс-релизе, доступном на сайте Калифорнийского университета, авторы работы сообщают, что часы являются очень точными, и кроме того их можно «запрограммировать» на требуемый период времени.

Созданная учеными система работает следующим образом: через определенные промежутки времени бактерии синтезируют белок, флуоресцирующий зеленым светом (за выделение и исследование самого известного из подобных белков – GFP – была присуждена Нобелевская премия по химии 2008 года). В основе системы лежат две цепочки событий от добавления в среду с бактериями определенных веществ до синтеза белка.

Эти цепочки регулируются по принципу положительной и отрицательной обратной связи. Положительная обратная связь – это явление, когда продукт реакции стимулирует ее протекание. В случае отрицательной обратной связи образующееся в ходе реакции вещество тормозит саму реакцию.

Периодичность появления в клетках E. coli флуоресцентного белка зависит от таких условий, как температура, количество питательных веществ и других. Эта особенность может сделать «бактериальные часы» удобным сенсором изменений окружающей среды. В данный момент исследователи пытаются синхронизировать время синтеза флуоресцентного белка в большом количестве бактериальных клеток (сейчас часы работают «точно» для относительного малого числа E. coli).

Созданная американскими учеными система является типичным примером «продукта» синтетической биологии – относительно новой области науки, объединяющей биологию и инженерный подход. Специалисты, задействованные в этой отрасли, пытаются создавать сложные системы на основе биологических процессов. Одним из недавних достижений «синтетических биологов» стал компьютер внутри живой клетки на основе РНК .

Network diagram of the dual-feedback oscillator.
Adding a two minute time delay led to the synthetic biology breakthrough.

Видео: http://www.jacobsschool.ucsd.edu/news/news_releases/release.sfe?id=790

 
http://www.lenta.ru/news/2008/10/31/clock/

http://ucsdnews.ucsd.edu/newsrel/science/10-08GeneticClockMakers.asp

http://www.nature.com/nature/journal/vaop/ncurrent/abs/nature07389.html