Обман биологических часов водорослей повышает производство лекарств и биотоплива

Удержание биологических часов цианобактерий (сине-зеленых водорослей) в их «дневном» режиме может значительно увеличить количество ценных соединений, которые эти простые морские растения производят при выращивании в условиях постоянного освещения.

К такому выводу пришли в «доказательном» эксперименте, описанном в выпуске журнала Current Biology от 2 декабря. Исследование показало, что при остановке биологических часов цианобактерий в дневном режиме количество нескольких биомолекул, на производство которых они были генетически модифицированы, увеличилось на целых 700% при постоянном освещении.

«Мы показали, что манипуляции с генами часов цианобактерий могут увеличить производство коммерчески ценных биомолекул», — заявил Карл Джонсон, профессор биологических наук Университета Вандербильта.

Если метод оправдает ожидания, остановка биологических часов может принести значительную экономическую выгоду. Микроводоросли используются для широкого спектра коммерческих применений: от противораковых препаратов и косметики до биопластиков, биотоплива и нутрицевтиков.

Как работают часы

В 2004 году Джонсон участвовал в команде, которая впервые определила молекулярную структуру белка циркадных часов. Последующая работа позволила полностью описать часовой механизм у цианобактерий — самых простых биологических часов в природе. Он состоит из трех белков: KaiA, KaiB и KaiC.

В текущем исследовании ученые обнаружили, что два компонента часов, KaiA и KaiC, действуют как переключатели, включающие и выключающие «дневные» и «ночные» гены клетки. Они назвали это «инь-ян» регуляцией:

• Когда KaiA повышен, а KaiC понижен — включаются 95% дневных генов клетки.
• Когда KaiC повышен, а KaiA понижен — включаются 5% ночных генов.

«Следовательно, чтобы зафиксировать биологические часы в дневной конфигурации, нам достаточно генетически повысить экспрессию KaiA», — пояснил Джонсон.

Результаты эксперимента

Чтобы проверить эффект, исследователи вставили в клетки цианобактерий гены:

1. Человеческого инсулина.
2. Флуоресцентного белка (люциферазы).
3. Гидрогеназы — фермента, производящего газообразный водород.

Клетки с «остановленными» часами в условиях постоянного света производили:

• На 200% больше гидрогеназы.
• На 500% больше инсулина.
• На 700% больше люциферазы.

по сравнению с клетками с нормально функционирующими часами.