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加州大学默塞德分校的研究人员成功制造出能够精确计时的微型人造细胞。这些细胞利用生物钟蛋白，在长达四天的时间里持续发出24小时周期的稳定信号。这项研究不仅为理解生物钟如何在充满随机分子波动的细胞环境中保持精确提供了新视角，也开发出了一种研究昼夜节律的强大新工具。

从自然到“合成”：重建生物钟

生物钟是管理睡眠、新陈代谢等关键身体功能的内部系统。为了研究蓝藻的生物钟机制，研究团队在称为“囊泡”的简化合成细胞结构中，重建了其计时机制。这些囊泡充满了驱动生物钟的核心蛋白，并用荧光标记使计时活动可视化。实验显示，这些工程细胞在至少四天内发出了稳定、遵循24小时周期的发光信号。

稳健计时的关键：蛋白质浓度与细胞大小

当降低时钟蛋白的浓度或减小囊泡尺寸时，规律性的发光就会消失，且这种破坏以一致且可预测的模式发生。研究团队构建的计算模型揭示，时钟蛋白浓度越高，时钟就越稳健，即使在囊泡间蛋白量略有差异，也能可靠计时。模型还表明，天然生物钟系统中负责开启和关闭基因的部分，对维持个体时钟并非关键，而是对群体时钟同步至关重要。

新工具的意义

这项研究提供了一种观察和测试生物钟的新方法。正如俄亥俄州立大学微生物学教授所说，这种新方法能够在模拟细胞尺寸的囊泡中观察重建的时钟反应，从而直接测试不同大小的生物体为何以及如何采用不同的计时策略，加深了我们对跨越生命形式的生物计时机制的理解。

参考信息
“Reconstitution of circadian clock in synthetic cells reveals principles of timekeeping” by Alexander Zhan Tu Li, Andy LiWang and Anand Bala Subramaniam, 21 July 2025, Nature Communications.
DOI: 10.1038/s41467-025-61844-5