Science Advances：首次成功移植生物钟
2015-06-16 佚名 生物通
为了适应地球自转引起的昼夜周期性变化，我们进化出了协调昼夜节律的生物钟。当然生物钟并不是人类的专利，地球上绝大多数植物、动物、真菌和蓝藻都具有生物钟。日前，哈佛医学院的合成生物学家Pamela Silver教授领导研究团队，将蓝藻的生物钟体系移植到了原本没有昼夜节律的细菌中。这项发表在Science Advances杂志上的研究，首次向人们展示了生物钟移植。“我们将天然系统看作模块，以可预测和可编
为了适应地球自转引起的昼夜周期性变化，我们进化出了协调昼夜节律的生物钟。当然生物钟并不是人类的专利，地球上绝大多数植物、动物、真菌和蓝藻都具有生物钟。
日前，哈佛医学院的合成生物学家Pamela Silver教授领导研究团队，将蓝藻的生物钟体系移植到了原本没有昼夜节律的细菌中。这项发表在Science Advances杂志上的研究，首次向人们展示了生物钟移植。
“我们将天然系统看作模块，以可预测和可编程的方式操纵生物学回路，”Silver教授说。研究人员用这一方法成功为大肠杆菌赋予了昼夜节律，这些大肠杆菌日后可以用于益生菌药物，对肠道菌群进行监控。
在人们已知的细菌中，只有蓝藻天生具有昼夜节律。蓝藻的生物钟主要包括三个蛋白：KaiA、KaiB和KaiC。白天，KaiC在KaiA的帮助下磷酸化；晚上，KaiC在KaiB的作用下去磷酸化。这三个蛋白在体外就能表现出节律性的磷酸化和去磷酸化。
研究人员从蓝藻中提取了这一蛋白回路，并将其移植到大肠杆菌E. coli中，给非节律性的E. coli中建立了生物钟。将这一回路与其他基因表达元件关联，就可以根据昼夜循环来影响代谢和行为。在这项研究中，KaiABC与荧光蛋白关联，E. coli会随着昼夜节律发出荧光。
“未来可以通过药片递送这些节律性的E. coli，实现精确的缓释药物，或者影响机体的昼夜节律，”文章的第一作者Anna Chen说。
我们人类的代谢受到生物钟的影响，干扰昼夜节律会引起肥胖和葡萄糖耐受不良。人们还发现，在不同的时间点或者昼夜节律阶段用药，会影响许多药物（包括那些常用的癌症药物）的疗效。人们可以利用节律性的E. coli调节患者的昼夜节律或者在特定时间释放药物，这不仅有助于治疗癌症和代谢疾病，还可以实现许多其他的临床应用，比如说通过重新编程和调整生物钟解决时差反应。
“这项研究展示了生物系统的成功模块化，为人们打开了一扇新的大门，其他分子生物学回路也可以进行移植，”Silver说。
原始出处：
Anna H. Chen, David Lubkowicz, Vivian Yeong, Roger L. Chang and Pamela A. Silver.Transplantability of a circadian clock to a noncircadian organism.Science Advances, June 1, 2015.DOI:10.1126/sciadv.1500358
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