26.11.2008

 Созданы искусственные биологические часы


Искусственно созданные генетические часы, эти микроскопические "механизмы", обладая по сути всё тем же стандартным набором функций, могут послужить, например, датчиками и помочь решить многие проблемы современной медицины, химической и пищевой промышленности.

Причём биологическим часам даже не нужно какое-то дополнительное оборудование, ведь их показания - свет.

Учёные из университета Калифорнии в Сан-Диего (UCSD) первыми в мире создали стабильно работающие, быстрые, программируемые на генетическом уровне биологические часы. Время они отсчитывают весьма необычным способом: через определённые интервалы значительно повышается светимость флуоресцентных белков внутри клеток бактерий Escherichia coli.

Биологи использовали для этих целей трёхступенчатый подход. Сначала исследователи построили несколько расчётных моделей для конкретной системы (в данном случае для генетических часов), затем на основе моделей определили критерии конструирования и, наконец, создали генетические цепочки и проверили их работоспособность.

По-видимому, учёные имели в виду, что сначала они рассчитали, какой должна быть колония E. coli, которую можно было бы назвать "генетическими часами". Потом они прикинули в уме и, конечно же, на бумаге, что нужно этой самой колонии для того, чтобы мерцать строго по расписанию, снабдили клетки всем необходимым и проверили, соответствует ли увиденное модели, построенной в самом начале.

"Вместо того чтобы проводить бесчисленные подгонки и пытаться понять, что же нужно, мы решили сначала построить модель, создать колонию, а затем в процессе определить, что же не так", - объясняет в пресс-релизе университета один из исследователей, аспирант Скотт Куксон (Scott Cookson).

Нельзя сказать, что к такому, казалось бы, логическому решению учёные пришли ни с того ни с сего. Руководитель команды Джефф Хасти (Jeff Hasty) работал над созданием более-менее полноценно работающих генетических часов на протяжении последних восьми лет.

И только недавно Джефф и его коллеги в своей лаборатории биодинамики (Biodynamics Lab) смогли создать очень точную микроструйную систему, контролирующую условия, в которых размножались E. coli. Она помогла биологам установить, какие именно изменения состояния среды и как отразились на частоте мерцания.

Частота мерцания колонии в пробирке зависит от многих параметров: температуры, поступления энергии и прочих факторов среды. Отсюда следует логичный вывод - новое изобретение вполне может послужить естественным биологическим сенсором, рассказывающим о состоянии окружающего пространства посредством мигания (практически Азбука Морзе!).

Данные о проведённом исследовании биоинженеры привели в статье, опубликованной в журнале Nature.

"Мы наконец-то поняли, что ключевым аспектом в работе системы стала небольшая задержка в отрицательном цикле обратной связи в построенной генетической сети", - рассказывает Хасти.

Попробуем пояснить: мерцание обусловлено двухминутной задержкой между синтезом матричной РНК и функциональных протеинов.

Над отрицательным (виртуально) расположен положительный цикл обратной связи, который делает искусственные часы более точными и устойчивыми во времени.

Конечно, процессы, регулирующие суточные ритмы высших организмов, куда сложнее. Тем не менее учёные считают, что созданная ими упрощённая схема может считаться эволюционным прообразом современных биологических часов животных.

Всё больше исследований свидетельствуют о том, что функции генов колеблются и в естественных условиях.

"Внутри отдельных клеток активность многих генов то возрастает, то убывает", - говорит Хасти. И после проведённых исследований (построения простых цепей, внутри которых функции генов осциллируют) он уже не удивляется тому, что целый геном способен точно так же усиливать или "приостанавливать" свою работу.

Таким образом, данное исследование тесно связало синтетическую биологию и генетику. Наблюдение за работой сети позволяет понять основы регуляции генов.

"Сборка генов в искусственные цепи, поведение которых мы можем предсказать, значительно прибавляет научному миру знаний о фундаментальных принципах работы клеток", - поясняет один из экспериментаторов Джеймс Андерсон (James Anderson).

Конечно, все нюансы смоделировать в лаборатории невозможно, но, тщательно подумав, можно прийти к выводу - что необходимо учитывать, а что нет, заключает Хасти.

На следующем этапе работ биологи попытаются заставить светиться одновременно всех E. coli, расположившихся внутри пробирки.

О будущем подобных экспериментов и синтетической биологии в целом Джефф говорит так: "Рано или поздно генная терапия себя изживёт, исследователи научатся управлять последовательностями генов и строить ДНК под определённые нужды. Следующей целью станет возможность считывания состояний клетки датчиками - только тогда учёные смогут действовать в соответствии с полученными данными. Мы стремимся к тому, чтобы искусственно построенная цепочка логических решений внутри ДНК помогала нам узнать больше о клетке. Но для этого нужно провести ещё множество фундаментальных исследований по работе генов, чем мы сейчас и занимаемся".

Источник: Созданы искусственные биологические часы




Другие новости:
  • Поправившийся Клуни вытащил в свет хромую подругуПоправившийся Клуни вытащил в свет хромую подругу25.09.2007
    Автокатастрофа, в которую попал знаменитый голливудский актер Джордж Клуни, заставила изрядно поволноваться его поклонников. Однако не прошло и двух суток с момента аварии, а один из самых сексуальных мужчин планеты уже вышел в свет, словно уверяя общественность, что с ним все в порядке.
  • 10% российских призывников имеют неустойчивую психику10% российских призывников имеют неустойчивую психику25.09.2007
    Свыше десяти процентов призывников Российской армии страдают различными психическими расстройствами.
  • Наталья Крачковская устала от жизниНаталья Крачковская устала от жизни25.09.2007
    Известная актриса Наталья Крачковская поняла, что уже никогда не выйдет на сцену, так тяжело ей стало жить. Актриса переживает настоящую трагедию.
  • Ученые: Низкокалорийные диеты продлевают жизньУченые: Низкокалорийные диеты продлевают жизнь25.09.2007
    В США ученые из медицинской школы Гарварда, медицинского колледжа университета Корнелла и национального института здравоохранения США объявили о том, что им удалось открыть у млекопитающих два гена, которые отвечают за продолжительность жизни клеток.
  • Гормоны вернут бабушкам молодостьГормоны вернут бабушкам молодость25.09.2007
    Климакс, который ученые недавно объявили подарком эволюции, для многих женщин под 50 является, напротив, пугающей перспективой. Бесспорно одно: этот процесс оказывает на организм женщины сильное воздействие, готовя ее к новой жизненной роли - роли бабушки.
  • Александр Абдулов верит, что все будет хорошоАлександр Абдулов верит, что все будет хорошо25.09.2007
    Народный артист России Александр Абдулов, который сейчас тяжело болен и находится на лечении в израильской клинике, возможно, скоро вернется в Москву на время перерыва между курсами терапии.
  • Тесты на беременность могут ошибатьсяТесты на беременность могут ошибаться26.09.2007
    Производители экспресс-тестов на беременность в один голос обещают 99-процентную достоверность результатов своей продукции. Однако на деле все обстоит несколько иначе.
  • Иголки помогают от болей в пояснице лучше таблетокИголки помогают от болей в пояснице лучше таблеток26.09.2007
    У каждого есть свой излюбленный метод борьбы с болями в пояснице. Кто-то обматывается шерстяной шалью, кто-то ставит горчичники, ну а кто-то призывает на помощь современную медицину и горстями глотает таблетки.
  • Отсутствие доступа в интернет вызывает депрессиюОтсутствие доступа в интернет вызывает депрессию26.09.2007
    Более половины пользователей интернета способны находиться оффлайн не больше недели, а для трети виртуальное общение гораздо важнее встреч с друзьями и разных развлечений.
  • Макsим может остаться без голосаМакsим может остаться без голоса26.09.2007
    Перед концертом в Екатеринбурге у певицы так сильно разболелось горло, что она попросила организаторов вызвать к ней в номер докторов. Осмотрев артистку, прибывшие медики обнаружили у нее жуткую ангину.
 
  Copyright © RIN 2001-. *  Обратная связь