Μια σημαντική επιστημονική εξέλιξη αποκαλύφθηκε από ερευνητές του Πανεπιστημίου της Καλιφόρνια στο Μερσέντ: κατάφεραν να δημιουργήσουν συνθετικά κυτταρικά σωματίδια (φυσαλίδες) που λειτουργούν σαν βιολογικά ρολόγια, ακολουθώντας έναν κύκλο παρόμοιο με τον ανθρώπινο κιρκαδικό ρυθμό — το βιολογικό μας ρολόι που συγχρονίζεται με την περιστροφή της Γης ανά 24 ώρες. Η μελέτη, που δημοσιεύθηκε στο Nature Communications, εξετάζει πώς λειτουργεί ο μηχανισμός της χρονομέτρησης σε κυτταρικό επίπεδο. Οι επιστήμονες χρησιμοποίησαν πρωτεΐνες από κυανοβακτήρια, γνωστές ως KaiA, KaiB και KaiC, που ρυθμίζουν τον βιολογικό ρυθμό στα μικροοργανισμούς αυτούς. Η πρωτεΐνη KaiC λειτουργεί ως “κεντρικός κόμβος”, ενώ οι άλλες δύο προωθούν και αντιστρέφουν την αντίδραση, διατηρώντας έτσι έναν σταθερό ρυθμό.
Οι ερευνητές εισήγαγαν αυτές τις πρωτεΐνες σε συνθετικές φυσαλίδες (vesicles) διαμέτρου 2–10 μικρομέτρων, προσθέτοντας μια φθορίζουσα ένδειξη για την παρακολούθηση της δραστηριότητάς τους. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι όσο μεγαλύτερη ήταν η ποσότητα των “πρωτεϊνών ρολογιού” και το μέγεθος της φυσαλίδας, τόσο πιο ακριβής ήταν και ο ρυθμός μέτρησης του χρόνου. Ο Δρ Anand Bala Subramaniam, επικεφαλής της μελέτης, εξηγεί: «Η μελέτη μας δείχνει ότι μπορούμε να κατανοήσουμε τις βασικές αρχές του βιολογικού χρονομέτρου χρησιμοποιώντας απλοποιημένα, συνθετικά συστήματα».
Όταν όμως οι ποσότητες των πρωτεϊνών μειώθηκαν, οι φυσαλίδες έχασαν την ικανότητα ακριβούς μέτρησης του χρόνου. Οι ερευνητές παρατήρησαν συστηματικά αυτή την απώλεια χρονικού συγχρονισμού και ανέπτυξαν υπολογιστικά μοντέλα για την ερμηνεία του φαινομένου. Επιπλέον, διαπίστωσαν ότι η επιδραστικότητα του κιρκαδικού ρυθμού στην ενεργοποίηση ή απενεργοποίηση γονιδίων δεν επηρεάζει τη χρονομέτρηση σε ατομικό επίπεδο, αλλά είναι απαραίτητη για τον συγχρονισμό μεταξύ διαφορετικών κυττάρων.
Ο μικροβιολόγος Mingxu Fang από το Πανεπιστήμιο του Οχάιο, σχολίασε σχετικά με τη μελέτη: «Αυτή η νέα προσέγγιση μάς επιτρέπει να παρατηρούμε τις αντιδράσεις του βιολογικού ρολογιού σε συνθετικά κύτταρα προσαρμόσιμου μεγέθους. Είναι ένα ισχυρό εργαλείο που μπορεί να αποκαλύψει γιατί οργανισμοί διαφορετικού μεγέθους υιοθετούν διαφορετικές στρατηγικές χρονομέτρησης».
Η κατανόηση του κιρκαδικού ρυθμού είναι ζωτικής σημασίας, καθώς η διαταραχή του έχει συσχετιστεί με πλήθος ασθενειών όπως καρδιαγγειακά νοσήματα και καρκίνος. Επιπλέον, η γνώση αυτή αξιοποιείται ήδη στην χρονοχημειοθεραπεία – μια προσέγγιση που χρονίζει τη χορήγηση φαρμάκων ώστε να μεγιστοποιείται η αποτελεσματικότητα και να ελαχιστοποιούνται οι παρενέργειες. Έτσι, τα 24ωρα ρολόγια στο εσωτερικό των κυττάρων μας, αν και μικροσκοπικά, αποδεικνύονται ίσως τα πιο σημαντικά ρολόγια στον πλανήτη.
