Десять лет назад исследователи обнаружили, что биологические часы цианобактерий состоят всего из трех белковых компонентов: KaiA, KaiB и KaiC. Это строительные блоки - шестерни, пружины и противовесы - гениальной системы, напоминающей точные швейцарские часы. В 2005 году японские ученые опубликовали в журнале Science статью, показывающую, что раствор этих трех компонентов в пробирке может работать по 24-часовому циклу в течение нескольких дней при добавлении небольшого количества энергии. Однако ученым не удалось раскрыть точную работу системы, несмотря на ее относительную простоту.
Уильям Фолкнер
Как ученые могли определить работу отдельных частей? «В конце концов, чтобы понять тиканье биологических часов у цианобактерий, нужно было буквально остановить время», - говорит руководитель исследования Альберт Хек из Утрехтского университета. «Или, как сказал Уильям Фолкнер, лауреат Нобелевской премии по литературе: «Только когда часы останавливаются, время оживает». Фолкнер говорил, делая паузу в постоянной спешке жизни. Здесь тоже была хитрость. Мы замедлили биологические часы, поставив их на неделю в холодильник. В буквальном смысле мы заморозили время».
Новая комбинация
В дополнение к остановке времени исследователи применили новую комбинацию передовых методов исследования. С помощью одного метода они смогли определить, как часто каждый из трех белковых комплексов - KaiA, KaiB и KaiC - собирается или разбирается за один 24-часовой цикл. Это научило их тому, какие наборы белковых компонентов - комбинации шестеренок, пружин и противовесов - определяют ежедневный ритм.
Увеличение
Затем они останавливали часы в определенные моменты, снижая температуру. Это позволило им использовать различные приемы, чтобы в мельчайших подробностях рассмотреть структуру набора белковых компонентов в данный момент - положение шестеренок, пружин и противовесов. При этом они определили две структуры, жизненно важные для понимания того, как работают часы. Затем исследователи могли бы определить, как вращаются колеса, определив переходы от одной структуры к другой. В результате была создана модель, которая точно показывает, как всего три белковых компонента образуют точные часы, работающие по 24-часовому циклу.
«Несмотря на то, что биологические часы цианобактерий очень стары с точки зрения геологической истории, мы можем многое узнать из этой системы и сегодня», - говорит Хек. Всего несколько лет назад исследователи обнаружили аналогичный процесс в наших эритроцитах. «Цианобактерии - первые организмы, выработавшие кислород. Обогащение кислородом было основой сегодняшней жизни. С результатами этого исследования мы узнаем о первичных биологических механизмах жизни, но мы можем исследовать конкретные аспекты непосредственно в клинических исследованиях», - резюмирует Хек.