Учёные из Великобритании и Германии показали, что простая сеть циркадных часов способна отфильтровывать незначительные помехи из окружающей среды и реагировать только на существенные изменения, например, стабильные сдвиги в освещении или продолжительности дня. Результаты опубликовали в журнале Nature Communications.
Для изучения этого механизма авторы выбрали одноклеточные цианобактерии Synechococcus elongatus. Подобно растениям, они зависят от света, поэтому бактериям нужно точно определять начало дня для фотосинтеза. При этом их внутренние часы должны игнорировать случайные помехи вроде временного затенения облаком.
Исследователи разработали специальное устройство — микрофлюидный прибор «Green Mother Machine». Он удерживает бактерии в верхней части миниатюрной камеры и позволяет вести наблюдения с высокой точностью в течение нескольких дней с помощью флуоресцентной микроскопии. На создание этого устройства ушло несколько лет, так как цианобактерии крайне чувствительны к условиям микросреды.
Оказалось, что циркадные часы цианобактерий остаются стабильными, хотя в клетках постоянно происходят молекулярные колебания и случайные процессы. На уровне генов естественные часы работают в режиме минимального шума, а значит, в процессе эволюции выживают те организмы, чьи внутренние часы максимально точны.
Центральным элементом биологических часов оказались три белка Kai, которые объединяются и разделяются в течение суток. Это происходит в процессе фосфорилирования и обеспечивает стабильный 24-часовой цикл. Учёные пришли к выводу, что именно этот механизм, а не более широкая генная сеть, делает внутренние часы устойчивыми к помехам.
Также исследователи проверили работу часов бактерий в сложных условиях, воссоздав естественные колебания освещения, типичные для Карибского моря. Результаты совпали с математическими моделями. Это подтвердило, что простые биологические часы легко отфильтровывают шумы из окружающей среды и сохраняют при этом чувствительность к важным изменениям внешних условий.
Полученные https://www.eurekalert.org/news-releases/1080575 будут полезны не только для изучения биологических часов живых организмов, но и найдут применение в синтетической биологии, где необходимы стабильные и точные системы отсчёта времени.
Свежие комментарии