加州大学默塞德分校的科学家们研制出了能够完美测量时间的人造细胞–类似于生物体内的24小时生物钟。通过在微小囊泡中重建昼夜节律机制，研究人员能够证明，即使是简化的合成系统，只要有足够的蛋白质，也能按每天的节律发光。

加州大学默塞德分校的一个研究小组发现，微小的人造细胞可以精确测量时间，模仿生物体的日节律。他们的发现揭示了生物钟是如何在细胞内分子干扰信号的情况下保持时间的。这项 研究最近发表在《自然-通讯》（Nature Communications）上，由生物工程教授阿南德-巴拉-苏布拉马尼亚姆（Anand Bala Subramaniam）和化学与生物化学教授安迪-李旺（Andy LiWang）领导。第一作者 Alexander Zhang Tu Li 在 Subramaniam 的实验室获得了博士学位。

研究加深了我们对所有生命形式中生物时间测量的理解

生物钟（也称为昼夜节律）控制着24小时周期，调节着睡眠、新陈代谢和其他生命过程。为了探索蓝藻昼夜节律背后的机制，研究人员在被称为囊泡的简化细胞样结构中重建了时钟。这些囊泡装载了核心时钟蛋白，其中一种蛋白被标记了荧光标记。人造细胞以 24 小时的规律节奏发光至少持续了四天。然而，当时钟蛋白的数量减少或囊泡缩小时，有节奏的发光就会停止。节律的消失遵循一种可重复的模式。为了解释这些结果，研究小组开发了一个计算机模型。该模型显示，时钟蛋白的浓度越高，时钟就越稳健，即使囊泡之间的蛋白水平略有不同，也能使数千个囊泡可靠地测量时间。

该模型还表明，负责开关基因的自然昼夜节律系统的另一个组成部分在维持单个时钟方面作用不大，但对群体时钟的同步却至关重要。研究人员还发现，一些时钟蛋白往往会粘附在囊泡壁上，这意味着需要大量的蛋白总量才能维持正常功能。”Subramaniam说：”这项研究表明，我们可以利用简化的合成系统来分析和理解生物时间测量的基本原理。俄亥俄州立大学微生物学教授、昼夜节律钟专家方明旭说，Subramaniam 和 LiWang 的研究工作推进了生物钟的研究方法。

蓝藻的昼夜节律钟基于缓慢的生化反应，而这种反应本身就有噪音，因此有人假设需要大量的时钟蛋白来缓冲这种噪音。这项新研究介绍了一种方法，用于观察可调节大小的囊泡中的重组时钟反应。这种强大的工具使我们有可能直接测试不同细胞尺寸的生物如何以及为何采用不同的计时策略，从而加深我们对所有生命形式的生物计时机制的了解。