Британские микробиологи сократили среднеквадратичное отклонение репрессилятора — синтетической модели «биологических часов» — до значений, близких к естественным. Результаты работы опубликованы в Nature.

Репрессилятор — синтетическая регуляторная сеть, которая состоит из кольцевого генератора с тремя генами. Ее работа основана на самовоспроизведении механизма экспрессии: рост белка в одном репрессоре подавляет экспрессию во втором, что увеличивает экспрессию в третьем, и цепь замыкается. Результатом процесса является осцилляция, которая измеряется по зеленому флуоресцентному белку. Модель была разработана учеными из Гарвардского университета в 2000 году.

Недостатком такой сети является наличие флуктуационного «шума». Ранее предполагалось, что в основе отклонения лежит небольшое число задействованных в репрессиляторе молекул. В новой работе ученые сократили «шум» за счет интеграции флуоресцентных белков с самой сетью. В результате часть белков деградировала, что снизило количество их копий, а также увеличило порог связывания одного из репрессоров с ДНК.

Флуоресцентная микроскопия показала, что стандартное отклонение периода колебаний сети при этом уменьшилось с 35 до 14 процентов. По мнению авторов, такого уровня точности достаточно для стабильной синхронизации крупных колоний клеток. Подчеркивается, что результат был достигнут за счет функционального упрощения сети и снижения количества ошибок, но не благодаря введению дополнительных регуляторных элементов.

Полученные результаты могут помочь в понимании особенностей циркадных ритмов — циклических колебаний биологических процессов, которые связаны со сменой дня и ночи. Циркадные ритмы наблюдаются у растений и животных, в том числе человека. Одним из примеров такого ритма является цикл сна-бодрствования, нарушение которого может привести к джетлагу, неконтролируемому мочеиспусканию, фатальной семейной бессоннице.