Генетика на швейцарския часовник

Средата на януари е, снегът все още покрива земята, а стълбчето на термометъра упорито стои под нулата. Денят обаче видимо расте, а топлината на слънчевите лъчи успява да изкара навън някои ранобудни синигери - песните на тези ентусиасти са първата индикация, че пролетта наближава. Движението на Земята около Слънцето и въртенето й около собствената й ос определят смяната на деня и нощта, промяната на сезоните.

Наличието на светлина и топлина определят живота на всички организми, обитаващи нашата планета. Милионите години еволюция са довели до появата на стабилни и надеждни вътрешни ритми, съответстващи на природните, които ръководят поведението на живите същества. Всички можем да дадем пример за това - на есен птиците отлитат на юг, през лятото сините китове се отправят на север в търсене на храна, сутрин човек изпива набързо чаша кафе и отива на работа.

Часовник в гените

Денонощните ритми на околния свят дават отражение не само върху поведението на живите същества, но и върху физиологичните и биохимични процеси, които протичат в клетките им. Известно е например, че концентрациите на тестостерон в кръвта на мъжете е най-висока преди обяд, а температурата на тялото ни е най-ниска около 4 часа сутринта и най-висока около 6 следобед. Вътрешните денонощни ритми на живите същества се регулират от външния фактор светлина. Дори поставени на тъмно обаче, организмите успяват да поддържат ритмичността на физиологичните и биохимични процеси. Известно е, че за човека вътрешният денонощен ритъм има продължителност от около 24 часа и 11 минути. Неговата постоянност се дължи на факта, че главният регулатор на цикличността на жизнените процеси работи на генетично ниво. Как точно функционира този генетичен часовник все още не е изяснено, но учените познават работата на няколко от ключовите му елементи -гени с осцилираща функция, каквито са Clock, Period, PIT и tTA. Наличните данни за тези гени са били достатъчни за да позволят на група швейцарски учени да създадат изкуствен генетичен часовник.

Швейцарският генетичен часовник

Мартин Фусенегер и ръководеният от него екип от Федералния Технологичен Институт в Базел, Швейцария, "сглобили" новия часовник от два реално съществуващи гена - PIT и tTA и го "монтирали" в клетки от хамстер. Първият удар на генетичния часовник се определя от началото на работата на tTA - активирането му има два ефекта, включва се ген за синтез на флуоресциращия белтък GFP и започва работата на гена PIT. GFP флуоресцира в зелено, а PIT кодира синтезирането на белтъчна молекула, чиято роля е да подтиска работата на tTA. Така активирането на генетичния часовник поставя началото на една затворена верига - с активирането си tTA определя собственото си подтискане чрез PIT. Видимият резултат от флуктуациите в работата на тези гени е включване и изключване на гена за GFP - работата на часовника води до запалване и изгасване на зелени флуоресцентни светлини в клетките през 20 часа.

Фусенегер и неговите колеги успели да постигнат и известна регулация на периода от време "отброяван" от генетичния часовник като променяли броя копия на гените, определящи работата на часовника. Работата на учените бе публикувана през изминалата седмица в реномираното издание за наука Нейчър

Като по часовник

Генетичният часовник на швейцарците би могъл да намери своето практическо приложение в медицината. Свързването на часовник към лекарства би позволил по-точното им дозиране в организма на пациентите, което ще осигури по-ефективно лечение, без големи странични ефекти. Фусенегер дава пример с лечението на диабет - ако генът за инсулин бъде свързан с генетичен часовник, който да определя синтезирането и секретирането му на всеки 6 часа, хормонът ще се отделя в кръвта на болния в точно определени часове, осигурявайки по-добър контрол на нивата на кръвната захар.

Наред с ползите за лекари и пациенти, изкуственият генетичен часовник ще помогне много и за по-нататъшното изследване на контрола и регулацията на генетичните ритми. Той представлява един удобен, силно опростен модел на работа на реалните генетични часовници в клетките на живите организми, към който може да се добавят нови елементи с цел изясняване на функциите и на други "ритмични гени".