Para entenderem melhor os processos associados aos ritmos circadianos, biólogos e bioengenheiros na UC San Diego criaram um sistema modelo biológico constituído por bactérias E. coli brilhantes. Este sistema circadiano simples, publicado na revista Science, permitiu-lhes estudar em detalhe como é que uma população de células sincroniza os seus relógios biológicos e permitiu que os pesquisadores, pela primeira vez, descrevessem matematicamente esse processo.
"As células do nosso corpo são sincronizados pela luz e sairiam de fase se não fosse a luz solar", disse Jeff Hasty, professor de biologia e de bioengenharia na UC San Diego, que chefiou a equipa de investigação. "Mas a compreensão do fenómeno de sincronização tem sido difícil porque é difícil fazer as medições. A dinâmica do processo envolve muitos componentes e é complicado caracterizar precisamente como é que ele funciona. A biologia sintética fornece uma excelente ferramenta para reduzir a complexidade de tais sistemas, a fim de compreendê-los quantitativamente a partir do zero. É o reducionismo no seu melhor. "
Para estudar o processo de sincronização a nível genético, Hasty e a sua equipa de pesquisadores do Biocircuits Institute da UC San Diego combinaram técnicas de biologia sintética, tecnologia microfluídica e modelagem computacional para construir um chip microfluídico com uma série de câmaras que contêm as populações de bactérias E. coli. Dentro de cada bactéria, a maquinaria genética responsável pelas oscilações do relógio biológico foi ligada a uma proteína verde fluorescente, o que causou uma fluorescência periódica nas bactérias.
Para simular os ciclos de dia e de noite, os pesquisadores modificaram as bactérias de forma a estas brilharem sempre que a arabinose - uma substância química que desencadeou os mecanismos de relógio oscilatório das bactérias - era removida do chip microfluídico. Desta forma, os cientistas foram capazes de simular ciclos dia-noite periódicos durante um período de apenas alguns minutos, em vez de dias, para entenderem melhor como uma população de células sincroniza o seu relógio biológico.
Hasty disse que um sistema microfluídico semelhante, em princípio, poderia ser construído com células de mamíferos, para estudar como as células humanas se sincronizam com a luz e a escuridão. Tais sistemas genéticos teriam importantes futuras aplicações já que os cientistas descobriram que os problemas com o relógio biológico podem resultar em muitos problemas médicos comuns, que vão desde a diabetes a distúrbios do sono.
Outros membros da equipa incluiram Hasty Lev Tsimring, diretor associado do BioCircuits Institute, e os estudantes de pós-graduação em bioengenharia Octavio Mondragon, Tal Danino e Jangir Selimkhanov.
"As células do nosso corpo são sincronizados pela luz e sairiam de fase se não fosse a luz solar", disse Jeff Hasty, professor de biologia e de bioengenharia na UC San Diego, que chefiou a equipa de investigação. "Mas a compreensão do fenómeno de sincronização tem sido difícil porque é difícil fazer as medições. A dinâmica do processo envolve muitos componentes e é complicado caracterizar precisamente como é que ele funciona. A biologia sintética fornece uma excelente ferramenta para reduzir a complexidade de tais sistemas, a fim de compreendê-los quantitativamente a partir do zero. É o reducionismo no seu melhor. "
Para estudar o processo de sincronização a nível genético, Hasty e a sua equipa de pesquisadores do Biocircuits Institute da UC San Diego combinaram técnicas de biologia sintética, tecnologia microfluídica e modelagem computacional para construir um chip microfluídico com uma série de câmaras que contêm as populações de bactérias E. coli. Dentro de cada bactéria, a maquinaria genética responsável pelas oscilações do relógio biológico foi ligada a uma proteína verde fluorescente, o que causou uma fluorescência periódica nas bactérias.
Para simular os ciclos de dia e de noite, os pesquisadores modificaram as bactérias de forma a estas brilharem sempre que a arabinose - uma substância química que desencadeou os mecanismos de relógio oscilatório das bactérias - era removida do chip microfluídico. Desta forma, os cientistas foram capazes de simular ciclos dia-noite periódicos durante um período de apenas alguns minutos, em vez de dias, para entenderem melhor como uma população de células sincroniza o seu relógio biológico.
Hasty disse que um sistema microfluídico semelhante, em princípio, poderia ser construído com células de mamíferos, para estudar como as células humanas se sincronizam com a luz e a escuridão. Tais sistemas genéticos teriam importantes futuras aplicações já que os cientistas descobriram que os problemas com o relógio biológico podem resultar em muitos problemas médicos comuns, que vão desde a diabetes a distúrbios do sono.
Outros membros da equipa incluiram Hasty Lev Tsimring, diretor associado do BioCircuits Institute, e os estudantes de pós-graduação em bioengenharia Octavio Mondragon, Tal Danino e Jangir Selimkhanov.
Fonte: Science Daily
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