Синтетические генетические часы проверяют термометр

Ученые из Университета Райса и Хьюстонского университета разработали устойчивые синтетические генетические часы, которые позволяют бактериям Escherichia coli точно отсчитывать время в широком диапазоне температур. Часы, регулирующие производство белков, не ускоряются и не замедляются при изменении температуры, предлагая возможное решение проблемы, сдерживающей прогресс синтетической биологии.

Результаты опубликованы в Proceedings of the National Academy of Sciences.

Проблема хрупкости генетических схем

Одна из проблем синтетической биологии — хрупкость создаваемых генетических цепей. Они часто плохо работают в других условиях, например, при изменении среды или температуры. Целью было создать систему, работающую независимо от параметров, которые сложно контролировать.

Температура и биохимия

Биохимические процессы обычно ускоряются с ростом температуры. Например, у E. coli скорость клеточного цикла удваивается при повышении температуры на каждые 10 °C (в комфортном диапазоне 30–41 °C / 86–105 °F).

Яркое исключение — циркадные часы, которые сохраняют постоянный ритм независимо от температуры. Это критически важно для растений, грибов и некоторых бактерий, не имеющих внутренней терморегуляции.

Создание устойчивых часов

Исследователи взяли за основу синтетический генный осциллятор, работающий в E. coli. Изменив одну аминокислоту в ключевом белке — репрессоре лактозы (LacI), — они сделали этот белок термочувствительным. Эта модификация позволила синтетическим часам компенсировать изменение условий.

Историческая параллель

Проблема температурной компенсации знакома инженерам давно, наиболее известный пример — создание морского хронометра для определения долготы. Металлические механизмы расширяются и сжимаются от температуры, что меняет их ход. Изобретатель хронометров Джон Харрисон также решал эту задачу. Сегодня аналогичная проблема возникает при создании генетических цепей в бактериях.