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细菌装上生物钟 可助研发生物计算机或克服时差

2015年06月16日09:54    来源:科技日报    手机看新闻
原标题:细菌装上了生物钟 可助研发生物计算机或克服时差

  细菌活动没有明显的时间性,但或许有一天,它们也能按时作息。最近,美国哈佛医学院研究人员把一种生物钟插入到大肠杆菌(E. coli)中,让它们也有了一天24小时的活动规律。将来这种微生物计时器可能用在生物计算机中,或用来开发帮人们克服飞机时差的益生菌。

  许多植物和动物都有生物钟,调节它们的日常活动。人们研究最多的是蓝藻,而其它一些普通微生物,如大肠杆菌,根本没有生物钟。

  蓝藻的生物钟围绕着kaiABC基因簇和ATP建立。ATP是一种分子燃料,几乎所有的活细胞都要依赖它。在白天,蓝藻是活跃的,kaiA蛋白会促进kaiC蛋白与来自ATP的磷酸基团结合;到了晚上,KaiB蛋白开始活跃,会破坏KaiA的活动让KaiC把磷酸盐交回去。

  据新科学家网站报道,哈佛医学院研究人员把这种kaiABC时钟蛋白整个转移到大肠杆菌中。这是科学家第一次把复杂的生物钟插入到一种新的微生物中。他们把kaiABC时钟和绿色荧光蛋白连接在一起,这样磷酸KaiC蛋白就会使大肠杆菌发光。在整个24小时的周期中,大肠杆菌先是变得越来越明亮,然后变成不发光的状态。这表明KaiABC时钟被移植后,确实能在大肠杆菌体内计时。

  在目前形式下,大肠杆菌只能计时3天,因为缺乏一种天然“起动器”让它们保持长期运行。在自然界,生物钟由昼夜循环产生,但这对大肠杆菌却不起作用,它们没有光受体。因此还要继续研究这些生物钟,才能让它们变得真正有用。

  将来有一天,微生物时钟可能变成设计生物计算机的工具包里的一部分。“可能你会想让一个细胞接到一个信号,然后在一定时间后作出反应,这实际就是一种计时器。”哈佛医学院的帕梅拉·希弗尔说。

  如果有人愿意吃转基因益生菌,这些微生物则可以在特殊时间给肠道递药。对于因飞机时差而生物钟被扰乱的人来说,这是一个福音。以色列研究人员曾发现,飞机时差会导致人体内的微生物不平衡,而计时细菌则有望帮人们降低生物钟紊乱的风险。(记者常丽君)

  总编辑圈点

   具备生物钟的生物就好像体内有一块无形的“时钟”,让这些生物体存在天然的节律性。这些节律让生命活动发生改变,并依照制度维持着特定的状态。美国科学家将这样的节律第一次实现了“移植”,让原本没有“时间观念”的生物从此有了新的“计时器”。我们可以大胆地猜想,当这块新“时钟”变得不仅可以被任意安置,且功能可控,未来不仅是微生物,甚至任何一种生物都有可能被“时钟”操控!这并非痴人说梦,科学的世界里没有不可能。

(责编:许景(实习生)、赵竹青)


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