Искусственные клетки превратили в часы: они поддерживают 24-часовой биоритм

Циркадные ритмы — внутренние биологические часы — управляют суточными циклами сна, метаболизма и других жизненно важных процессов. Чтобы понять, как эти ритмы работают у цианобактерий, исследователи воспроизвели их на модели упрощенных искусственных клеток — везикул, заполнив их основными «часовыми» белками.

Один из белков пометили флуоресцентным маркером. Он заставлял искусственные клетки светится в устойчивом 24-часовом ритме как минимум в течение четырех суток. Однако при снижении концентрации белков или уменьшении размеров везикул ритм нарушался — и это происходило по предсказуемому сценарию.

Чтобы объяснить это поведение, ученые построили вычислительную модель. Она показала, что высокая концентрация белков стабилизирует ритм и помогает компенсировать различия между отдельными клетками.

Также выяснилось, что ключевые генные регуляторы, участвующие в циркадных циклах, не столь важны для работы индивидуальных биочасов, но необходимы для их синхронизации на уровне популяции. Ученые также обнаружили, что некоторые часовые белки прилипают к стенкам везикул, поэтому для стабильной работы системы требуется избыточное количество белка.

Кроме понимания принципов работы циркадных ритмов, полученные результаты могут найти применение в синтетической биологии: искусственные системы с предсказуемыми суточными ритмами могут использоваться в терапии, для доставки лекарств и в биороботах, реагирующих на внешние сигналы.