Кишечная палочка – одна из тех организмов, которые обходятся без внутреннего суточного ритма, подчиняющегося смене дня и ночи. Зато такие часы есть у цианобактерий, что неудивительно: они занимаются фотосинтезом, а если ты занимаешься фотосинтезом, то, хочешь не хочешь, за солнцем следить будешь. Собственно, кроме цианобактерий, никакие другие бактерии суточными ритмами не обзавелись. (Подчеркнём, что речь идёт именно о циркадных, суточных часах, а не вообще о биологических ритмах.)

Цианобактерии рода Synechococcus. Цианобактерии – единственная группа бактерий, обзаведшаяся циркадным ритмом. (Фото Pacific Northwest National Laboratory / Flickr.com.)Цианобактерии рода Synechococcus. Цианобактерии – единственная группа бактерий, обзаведшаяся циркадным ритмом. (Фото Pacific Northwest National Laboratory / Flickr.com.)

Памеле Сильвер (Pamela A. Silver) и её коллегам из Института Уайса при Гарвардском университете пришла в голову мысль пересадить биологические часы из одной бактерии в другую – то есть, как можно догадаться, из цианобактерии в кишечную палочку. Как известно, у цианобактерий молекулярной «пружиной» суточного ритма служат три белка под названием KaiA, KaiB, и KaiC: в течение дня KaiA фосфорилирует KaiC, а ночью KaiB выполняют обратную реакцию, то есть снимает с KaiC остатки фосфорной кислоты. Сам KaiC может влиять на активность других генов (в том числе и своего собственного), стимулируя транскрипцию, то есть синтез РНК на них, но делать он это может в зависимости от того, в каком он виде находится, в дневном фосфорилированном или в ночном нефосфорилированном.

Система, как видим, довольно простая, нужно было лишь пересадить три гена от цианобактерии Synechococcus elongatus кишечной палочке Escherichia coli. Фосфорилированный KaiC взаимодействует с другим белком, SasA, и исследователи внесли в геном кишечной палочки ещё и ген светящегося белка, который включался комплексом KaiC-SasA. Наступал день, KaiC получал фосфатную группу, связывался с SasA, и оба они вместе активировали синтез РНК на гене флуоресцентного белка. На его РНК синтезировался сам белок, и клетка начинала светиться. Иными словами, кишечную палочку, у которой никаких суточных часов сроду не было, снабдили циркадными «ходиками». Правда, спустя три дня часы ломались. По словам авторов, у самих цианобактерий есть дополнительные механизмы, обеспечивающие синхронизацию ядра молекулярной «пружины» со временем суток, а обычных же бактерий такой «поправки хода» нет (хотя ничто не мешает и такие гены тоже пересадить в кишечную палочку). Полностью результаты экспериментов описаны в статье в Science Advances.

Цель работы была, разумеется, не только в том, чтобы получить светящуюся по часам бактерию. Такие клетки, которые к тому же умели бы ещё синтезировать лекарства, могли бы послужить хорошими дозаторами, освобождая нужное вещество в нужный момент времени (у болезней ведь тоже есть свои циклические ритмы).

Считается, что ожирение и сопутствующие ему метаболические расстройства возникают из-за расстроенных суточных часов организма, которые перестают задавать правильный распорядок дня кишечным бактериям – у которых, напомним, собственных часов нет. И здесь, пожалуй, помогли бы как раз те бактерии, которых такими часами снабдили в лаборатории. Наконец, если мы говорим о микроорганизмах, используемых для получения биотоплива, то их можно бы заставить работать от солнца, а чтобы это происходило с максимальной пользой, опять же понадобятся суточные часы.

Автор: Кирилл Стасевич