Rytmus života
Bakterie jsou od přírody obdařeny mikrofluidním systémem spočívajícím v titěrných kanálcích. Těmi do buňky proudí živiny a ven jsou vypuzovány odpadní metabolické produkty. Časování doby krmení, vyměšování a také intenzity těchto procesů si bakterie synchronizují. Využívají k tomu jakési hodinky, které mají negativní zpětnovazebný obvod. Pracuje se zpožděním vycházejícím z doby mezi syntézou mRNA a vytvořením funkčního proteinu. Nad tím vším bdí ještě pozitivní okruh. Ten kontroluje pravidelnost a sílu akce. Vpravováním dalších genů vzniká něco, co bychom mohli nazvat biologické svítící GM hodiny.
S umělým sestavováním biologických oscilátorů se začalo již dávno, zhruba před desítkou let. V roce 2008 tým Jeffa Hastyho na University of California v San Diegu vytvořil první bakteriální hodinky jejichž frekvenci šlo nastavovat pomocí změn teploty a živin v životním prostředí bakterie. Tehdy šlo o stroj času na stejném principu jako nyní, nicméně pracoval v každé buňce samostatně. A jak si tak buňky jely na vlastní frekvenci, tak se jim po nějaké době čas poněkud rozcházel. Nyní stejný tým vědců zveřejnil v časopisu Nature výsledky svého dalšího snažení. Z nich je patrno, že se jim buňky podařilo znásilnit tak, že svojí časoměřičskou činnost koordinovaly. To by mohl být základ budoucích implantovatelných “zařízení”, která by nám v těle pravidelně dávkovala léky, hormony,...
Oscilátory v bakteriální buňce odpočítávající čas, vykonávají specifické cyklické aktivity podle předem daného plánu vytvořeného přírodou. Přirozený komunikační prostředek bakteriím dovoluje svojí komunitu řídit na principu společného “usnášení se” (quorum sensing). Toto “sofistikované” počínání pracuje s pozitivní a negativní zpětnou vazbou. Princip kyvadla zde zastává sladění produkce acylovaného homoserin laktonu (AHL). Uvolňováním mediátoru do prostředí se buňky vzájemně informují o svém stavu a jeho tvorba a nárůst, stejně jako jeho pokles, se v průběhu doby v kolonii zesynchronizují do pravidelných intervalů. Frekvenci těchto opakujících se cyklů lze měnit změnou teploty a obsahem živin. Stejně jako se tomu dělo u prvních pokusů s tvorbou biologických oscilátorů.
Chod stroje času vědci zviditelnili díky značkovacímu genu pro fluorescenční protein. Ten genetici vpašovali mezi geny řídící cyklus pro tvorbu AHL. Svit proteinu jde tak ruku v ruce s nárůstem koncentrace AHL a jeho pohasnutí signalizuje pokles tvorby finálního produktu. Zelené záblesky nás informují o syntézách, které v buňce probíhají a o uvolňování molekul kterými si bakteriální buňka “povídá” se svými sousedkami s nimiž si koordinuje životní cykly. Na videu je vidět, jak u E. Coli probíhají děje cyklicky a synchronizovaně v celé kolonii. Je-li dostatečně velká, signál se v ní šíří v tzv. "mexických vlnách". Kolonii s vpašovanými geny pro svítící protein vědci někdy nazývají "synchronizovanými genetickými hodinami".
Video: „Hodinky“ zabudované do E coli pravidelně blikají“. Ve druhé polovině se frekvence záblesků mění v závislosti na změněných podmínkách prostředí.
Diskuze:
