Кишкову паличку змусили світитися по годинах, пересадивши їй молекулярні «ходики» від ціанобактерій.
Кишкова паличка - одна з тих організмів, які обходяться без внутрішнього добового ритму, що підпорядковується зміні дня і ночі. Зате такі години є у ціанобактерій, що не дивно: вони займаються фотосинтезом, а якщо ти займаєшся фотосинтезом, то, хочеш не хочеш, за сонцем стежити будеш. Власне, крім ціанобактерій, ніякі інші бактерії добовими ритмами не обзавелися. (Підкреслимо, що мова йде саме про циркадні, добові годинники, а не взагалі про біологічні ритми.)
Памеле Сільвер (Pamela A. Silver) і її колегам з Інституту Вайса при Гарвардському університеті прийшла в голову думка пересадити біологічний годинник з однієї бактерії в іншу - тобто, як можна здогадатися, з ціанобактерії в кишкову паличку. Як відомо, у ціанобактерій молекулярною «пружиною» добового ритму служать три білки під назвою KaiA, KaiB, і KaiC: протягом дня KaiA фосфорилює KaiC, а вночі KaiB виконують зворотну реакцію, тобто знімає з KaiC залишки фосфорної кислоти. Сам KaiC може впливати на активність інших генів (в тому числі і свого власного), стимулюючи транскрипцію, тобто синтез РНК на них, але робити він це може залежно від того, в якому він вигляді знаходиться, в денному фосфорильованому або в нічному нефосфорильованому.
Система, як бачимо, досить проста, потрібно було лише пересадити три гена від ціанобактерії Synechococcus elongatus кишковій паличці Escherichia coli. Фосфорильований KaiC взаємодіє з іншим білком, SasA, і дослідники внесли в геном кишкової палички ще й ген білка, що світиться, який включався комплексом KaiC-SasA. Настав день, KaiC отримував фосфатну групу, зв'язувався з SasA, і обидва вони разом активували синтез РНК на гені флуоресцентного білка. На його РНК синтезувався сам білок, і клітина починала світитися. Іншими словами, кишкову паличку, у якої ніяких добових годин зроду не було, забезпечили циркадними «ходиками». Щоправда, через три дні годинник ламався. За словами авторів, у самих ціанобактерій є додаткові механізми, що забезпечують синхронізацію ядра молекулярної «пружини» з часом доби, а звичайних же бактерій такої «поправки ходу» немає (хоча ніщо не заважає і такі гени теж пересадити в кишкову паличку). Повністю результати експериментів описані в статті в Science Advances.
Мета роботи була, зрозуміло, не тільки в тому, щоб отримати бактерію, що світиться по годинах. Такі клітини, які до того ж вміли б ще синтезувати ліки, могли б послужити хорошими дозаторами, звільняючи потрібну речовину в потрібний момент часу (у хвороб теж є свої циклічні ритми).
Вважається, що ожиріння і супутні йому метаболічні розлади виникають через засмучені добові години організму, які перестають задавати правильний розпорядок дня кишковим бактеріям - у яких, нагадаємо, власного годинника немає. І тут, мабуть, допомогли б якраз ті бактерії, яких таким годинником забезпечили в лабораторії. Нарешті, якщо ми говоримо про мікроорганізми, що використовуються для отримання біопалива, то їх можна б змусити працювати від сонця, а щоб це відбувалося з максимальною користю, знову ж таки знадобляться добові годинники.