Математическое моделирование создало синтетические биологические часы, устойчивые к температуре

Исследователи из Университета Хьюстона (UH) и Университета Райса создали синтетические генетические часы в бактерии E. coli, которые сохраняют точный ход в широком диапазоне температур. Работа опубликована в Proceedings of the National Academy of Sciences.

Проблема хрупкости

Синтетические генетические цепи часто хрупки, и изменения окружающей среды, такие как колебания температуры, нарушают их работу. В E. coli повышение температуры на ~10°C удваивает скорость биохимических реакций, ускоряя и генетические часы.

Решение через моделирование

Команда математиков UH под руководством Крешимира Йосича и Уильяма Отта разработала математическую модель. Она определила ключевые параметры конструкции плазмиды (небольшой фрагмент ДНК), встраиваемой в E. coli, для компенсации температурных изменений.

Экспериментальное подтверждение

Согласно модели, единственная мутация в гене на плазмиде должна замедлять ход часов при повышении температуры. Эксперименты в лаборатории Мэтью Беннетта в Райсе подтвердили, что такие часы сохраняют стабильный период в большом температурном диапазоне.

Значение работы

• Механистическая модель позволяет выделить наиболее важные факторы для проектирования цепей с желаемыми свойствами.
• Создание температурно-независимых клеточных реакций ценно для синтетической биологии, например, для перепрограммирования клеточных механизмов в биотехнологии.
• Работа демонстрирует, что вычислительные и математические инструменты необходимы для биологического инжиниринга.

Исследование поддержано Национальными институтами здоровья (NIH) через совместную программу NSF/NIGMS по математической биологии.