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:
  • В В "Центре глазной хирургии" появился новый фемтосекундный лазер26.06.2012
    В "Центре глазной хирургии" Игоря Медведева появился новый фемтосекундный лазер ZIEMER Femto LDV. Уникальный аппарат дает возможность проводить коррекцию зрения по новейшим методикам. Только в июне стоимость операции Фемто-Ласиком по цене Супер Ласика.
  • Режиссеру Александру Михайлову ампутировали ногиРежиссеру Александру Михайлову ампутировали ноги26.06.2012
    Российскому деятелю кино Александру Михайлову хирурги отрезали обе ноги из-за тяжелой болезни. Продюсера десятка фильмов, среди которых "Облако-рай", "Менялы", "Стрелец неприкаянный", "На тебя уповаю", госпитализировали несколько дней назад с болями в животе.
  • Минздрав решил ввести стандарты для наркоцентровМинздрав решил ввести стандарты для наркоцентров26.06.2012
    Министерство здравоохранения намерено разработать единые стандарты для всех - государственных и частных - наркологических клиник и реабилитационных центров, заявила во вторник замруководителя ведомства Татьяна Яковлева.
  • Водоемы Амурской области опасны для купания (видео)Водоемы Амурской области опасны для купания (видео)26.06.2012
    В разгар лета Роспотребнадзор проверил качество воды в реках и озерах Амурской области. Выяснилось, что в каждой пятой пробе - кишечная палочка, способная вызвать серьезное отравление. И теперь окончательный выбор, купаться или остаться на берегу, остаётся за самими отдыхающими.
  • Учёные: Властная жена продлевает жизнь мужуУчёные: Властная жена продлевает жизнь мужу26.06.2012
    Считается, что чрезмерно настойчивая и властная жена, постоянно "пилящая" мужа, сокращает дни его бренной жизни. Но ученые не согласны.
  • Питание и питьевой режим летом: советы диетологаПитание и питьевой режим летом: советы диетолога26.06.2012
    Лето - прекрасная пора для укрепления организма. В этот сезон на столе появляется изобилие фруктов, овощей и ягод, которых так недоставало зимой и весной. Каких же правил следует придерживаться в еде и каким напиткам отдать предпочтение, чтобы чувствовать себя легко и не навредить своему здоровью?
  • Общероссийская акция Общероссийская акция "Трезвым жить лучше!" объединила молодежь в борьбе с наркоманией и алкоголизмом27.06.2012
    В преддверии Международного дня борьбы с наркоманией Федеральный проект "Трезвая Россия" делает акцент на пропаганде здорового образа жизни среди молодежи, а также на профилактике и лечении наркомании и алкоголизма.
  • У пожилых мужчин потомство более здоровое и крепкоеУ пожилых мужчин потомство более здоровое и крепкое28.06.2012
    Чем позже мужчина становится отцом, тем больше вероятности, что его дети родятся здоровыми. Ученые их США провели исследование в этом вопросе, и выяснили, что у пожилых отцов потомство более здоровое и крепкое.
  • Больного раком солдата лечили от ветрянкиБольного раком солдата лечили от ветрянки28.06.2012
    Боец спецназа ГРУ Станислав Шишкин впал в кому из-за раковой опухоли костей, которую врачи сперва приняли за ветрянку, а потом - за пневмонию. Солдат сменил три госпиталя, а когда диагноз удалось поставить, лечить было слишком поздно.
  • Учёные вырастили человеческую печень в голове мышиУчёные вырастили человеческую печень в голове мыши28.06.2012
    Учёные из университета Йокогамы (Yokohama City University) вырастили из стволовых клеток человеческую печень. Правда, пересадить её больному пока не удастся.
 
  Copyright © RIN 2001-. *  Обратная связь