设置生物钟
第一次成功地将昼夜节律移植到一个天然的非昼夜节律物种中，可能会导致精确定时释放药物和其他创新的治疗应用
昼夜节律通常被称为“生物钟”，它控制着人们在一天中的什么时候最清醒、最饥饿、最疲劳或身体最兴奋，这是一个复杂的生物过程，并非人类独有。昼夜节律以大约24小时为周期，以适应地球的自转，在地球上的大多数植物、动物、真菌和蓝藻中都有观察到，并负责调节生物体的生理、行为和代谢功能的许多方面。
现在，由哈佛大学先驱合成生物学家帕梅拉·西尔弗博士领导的科学家们已经利用了蓝藻中的昼夜节律机制，将昼夜节律线路移植到一种天然非昼夜节律的常见细菌物种中。这项新工作首次证明了昼夜节律的移植，在一项新的研究中被报道科学的进步．
“通过将自然界中的系统视为模块化，我们就像工程师一样，以可预测的、可编程的方式操纵和使用生物电路，”西尔弗说，他是哈佛大学威斯生物启发工程研究所的核心教员，也是哈佛医学院系统生物学系的教授。
西尔弗的团队使用这种方法成功地将昼夜节律移植到细菌物种中大肠杆菌这种细胞被生物学家广泛用作“主力”细胞物种，因为它的理解程度和容易大肠杆菌可以被基因改变。基因工程昼夜节律大肠杆菌有一天，西尔弗设计的这种细菌可以用于益生菌药片，作为监测肠道微生物群的一种方式。肠道微生物群是在人类胃肠道中大量繁殖的集体和多样化的细菌种类，对许多不同的健康因素有贡献。
来创造一个昼夜节律大肠杆菌研究人员从蓝藻中模块化地去除了负责调节昼夜节律振荡的蛋白质回路，蓝藻是一种光合细菌，是已知唯一天然含有昼夜节律的细菌。然后将蛋白质回路移植到大肠杆菌在那里，它可以连接到额外的基因表达成分，潜在地影响代谢和行为功能的可编程关系昼夜周期。在实验中大肠杆菌该电路与荧光蛋白相连，每当昼夜节律振荡被触发时，荧光蛋白就会被点亮大肠杆菌有节奏地发光以惊人的视觉效果证明移植成功。
“最终的梦想应用将是提供这些昼夜节律大肠杆菌该研究的第一作者安娜·陈(Anna Chen)说，她是威斯研究所和哈佛医学院的系统生物学研究生。
人类的昼夜节律已被证明会影响新陈代谢，当新陈代谢受到干扰时，会导致肥胖和葡萄糖耐受不良。更重要的是，许多药物，包括那些通常用于治疗各种癌症的药物，已被证明其疗效会随着一天中的时间和患者昼夜周期中的给药点而波动。使用生理大肠杆菌因此，在其他临床应用中，影响患者昼夜节律的治疗策略，或设计药物在患者昼夜节律的特定点在体内释放，可以为癌症和代谢性疾病的治疗提供动力。
再往前走，即使是被称为“时差”的情况，也可能有一天用昼夜节律来对抗，因为高速飞行扰乱了一个人的生物钟大肠杆菌这有可能被用来重新编程和调整身体的昼夜节律，以匹配旅行目的地的昼夜周期。
“真正令人惊讶的是，我们已经证明了生物系统的模块化——这一发现超越了昼夜节律的可移植性，为理解其他模块化生物回路如何从一个物种移植到另一个物种打开了新的大门，”Silver说。
“昼夜节律对我们的健康和我们对环境的反应有巨大的影响-所以有机会利用这些控制，使用基因组工程重新布线遗传电路，为治疗疾病和调节广泛的生理行为开辟了一条令人兴奋的新途径，”Wyss研究所创始主任Donald Ingber博士说，他也是Wyss研究所的医学博士犹达·福克曼血管生物学教授他是哈佛大学医学院和波士顿儿童医院的教授，也是哈佛大学约翰·保尔森工程与应用科学学院的生物工程教授。
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出版
银PAet al。昼夜节律钟对非昼夜节律有机体的可移植性。《科学进展》，2015年6月1日出版。doi: 10.1126 / sciadv.1500358
