Доказательство существования клеточных часов в отдельных клетках
Новое исследование Университета Джорджии под руководством Джонатана Арнольда впервые предоставило доказательства того, что отдельные клетки обладают собственными биологическими часами.
Ключевые свойства часов
Команда изолировала отдельные клетки плесени Neurospora crassa и обнаружила три фундаментальных свойства, указывающих на наличие часов:
- Способность перезагружаться в ответ на свет.
- Способность сохранять отсчёт времени несмотря на колебания температуры.
- Циркадный ритм, регулирующий внутренние процессы в суточном цикле.
«Это фундаментальные свойства биологических часов, но до сих пор никто не показывал, что эти свойства верны для отдельных клеток», — заявил Арнольд.
Методология и масштаб исследования
Для поиска этих свойств была создана междисциплинарная команда из четырёх лабораторий (генетики, физики, инженерии и биохимии). Инженер Лейдон Мао разработал микрофлюидные устройства для изучения клеток в разных масштабах.
В отличие от большинства исследований, изучающих сотни или тысячи клеток, команда Университета Джорджии проанализировала более 40 000 клеток.
«Это игра в числа. Нужно изучить столько клеток, чтобы по-настоящему увидеть, как происходит синхронизация», — пояснил Арнольд.
Практическое значение
Понимание клеточных часов имеет значение для:
- Медицины и общественного здоровья: связь часов с лечением рака, синдром заката (sundown syndrome) у пожилых пациентов с деменцией, проблемы при сменной работе и джетлаге.
- Биотехнологий: использование часового поведения организмов для производства биологических терапевтических средств и химического сырья.
- Инженерии: принципы синхронизации могут вдохновить новые подходы, например, к созданию роев роботов.
Будущие направления
Установив наличие часов в отдельных клетках, команда теперь исследует, как эти часы синхронизируются. Существуют две основные теории:
- Физическая: внешний «шум» или ритм синхронизирует часы клеток.
- Химическая: клетки посылают друг другу сигналы для координации поведения.
Биохимик Арт Эдисон применит свой опыт для изучения вопросов химической сигнализации в клетках.
Исследование опубликовано в рецензируемом междисциплинарном журнале IEEE Access. Работа над проектом, начатая в 1999 году, продолжается при поддержке грантов NSF.