Молекулярну систему біологічного годинника ціанобактерій вдалося побудувати поза клітинами, йдеться в дослідженні, опублікованому в журналі. Годинник становив із шести білків і фрагмента ДНК з промотором, що циклічно змінює свою активність. Така система підпорядковувалася косинусоїдальним коливанням і дозволила вивчити функції білків-кіназ, що входять до неї. Біологічний годинник в лабораторних умовах вдалося відтворити вперше.
Біологічний годинник - це не метафора, а справжній молекулярний шлях, який здійснює добові коливання з циклом близько 24 годин. Цей біологічний осцилятор регулює цикли сну і пильнування, харчову поведінку, а також кров'яний тиск і концентрації гормонів. За відкриття механізму роботи біологічного годинника навіть присудили Нобелівську премію - детальніше про це ми писали в матеріалі «Хід годинника лише однозвучний».
Такі циркадні ритми існують не тільки у тварин, рослин і грибів, а й у ціанобактерій. Біохімічний осцилятор в останніх включає три білки Kai (з японського - цикл): A, B і С. Ці білки передають тимчасову інформацію білкам-кіназам, які в свою чергу пригнічують або активують транскрипційний фактор - а він вже взаємодіє з ДНК і впливає на активність генів. Таким чином, біологічний годинник - це система, яка циклічно змінює активність певних генів, а разом з ними - і активність бактерії.
Дослідники з Каліфорнійського університету під керівництвом Арчани Чаван (Archana G. Chavan) спробували відтворити біологічний годинник ціанобактерій. Для цього до білків системи (всім трьом білкам Kai, кіназам SasA, CikA і фактору транскрипції RpaA) додали флуоресцентні мітки. Крім того, біологи використовували синтетичний фрагмент ДНК, що представляє оперон біологічного годинника. Коли компоненти взаємодіяли один з одним, флуоресцентні мітки змінювали світіння, інтенсивність якого змінювали за допомогою рідера флуоресценції.
Виявилося, дані експериментів дійсно підпорядковуються косинусоїдальній функції з періодом приблизно о 24 годині, де пік активації фактора транскрипції припадав десь на 14 годин. За отриманими даними дослідники проаналізували функції білків SasA і CikA в передачі сигналу від трьох Kai до транскрипційного фактору. Вони показали, що ці білки виконують не тільки функцію передавачів, а й беруть участь у коливаннях осцилятора: при додаванні SasA суміш з KaiA, KaiB і KaiC почала показувати циклічні зміни у пов'язуванні фактора транскрипції RpaA з ДНК (тобто в активності генів у бактерії). Виявилося, SasA рекрутує KaiB до гексамера KaiC, чим активує коливання. CikA також відновлював коливання в низьких концентраціях KaiA.
Відтворити модель біологічного годинника поза живою кліткою вдалося вперше. Дослідники вважають, що такий механізм дозволить детальніше вивчити фізіологічні ефекти, які залежать від часу доби. Надалі біологи пропонують імплантувати такий годинник у штучні клітини, щоб контролювати не тільки сам осцилятор, а й процеси транскрипції та синтезу білка.
Циркадні ритми відіграють важливу роль не тільки в процесах сну і пильнування, а й пов'язані з різними порушеннями. Так, наприклад, зміна роботи біологічного годинника може призвести до астми, а їх зупинка навіть викликати запалення мозку.