«Ответ кажется особенно простым: белки часов определяют метаболическую активность в клетке», — говорит старший автор Майкл Раст из Института геномики и системной биологии Чикагского университета.«Вероятно, это связано с тем, что цианобактерии являются естественными фотосинтезирующими — они на самом деле ответственны за большую часть фотосинтеза в океане — и поэтому, заряжена ли клетка энергией или нет, является хорошим показателем того, день сейчас или ночь», — сказал он. говорит. Для фотосинтезирующих бактерий каждая ночь — период голодания, и вполне вероятно, что циркадные часы помогают им расти в течение дня, чтобы подготовиться к наступлению темноты.Чтобы сделать свое открытие, Расту и его коллегам пришлось отделить метаболизм от воздействия света, и они сделали это, используя подход синтетической биологии, чтобы сделать фотосинтезирующие бактерии способными жить на сахаре, а не на солнечном свете.
«Я был удивлен, что это действительно сработало — с помощью генной инженерии только одного транспортера сахара можно было дать этим бактериям совершенно другой образ жизни, чем тот, который они вели на протяжении сотен миллионов лет», — говорит Раст. Полученные данные показывают, что часы цианобактерий могут синхронизироваться с метаболизмом вне контекста фотосинтеза. «Это говорит о том, что в будущем эту систему можно будет установить в микробах нашей собственной разработки для выполнения запланированных задач», — говорит он.По аналогичной аналогии инженеры, разработавшие электрические схемы, обнаружили, что синхронизация каждого шага вычислений с внутренними часами делает возможными все более сложные задачи, что в конечном итоге приводит к компьютерам, которые мы имеем сегодня. «Возможно, в будущем мы сможем аналогичным образом использовать синтетические часы в искусственно созданных микробах», — говорит Раст.
Другие исследователи показали, что молекулы, участвующие в циркадных часах млекопитающих, также чувствительны к метаболизму, но наш метаболизм не так тесно связан с дневным светом, как у цианобактерий. Таким образом, часы нашего тела эволюционировали, чтобы чувствовать свет и тьму.
«Вероятно, поэтому у млекопитающих существуют специализированные сети нейронов, которые получают световой сигнал от сетчатки и посылают временные сигналы остальной части тела», — объясняет Раст. «Итак, для нас важна смесь метаболических сигналов и воздействия света».Однако бактерии, которые живут внутри нашего кишечника, скорее всего, ежедневно сталкиваются с теми же проблемами, что и цианобактерии, потому что мы даем им пищу днем, когда едим, но не ночью. «Остается открытым вопрос, могут ли живущие внутри нас бактерии отслеживать время», — говорит Раст.