为了适应地球自转引起的昼夜周期性变化，我们进化出了协调昼夜节律的生物钟。当然生物钟并不是人类的专利，地球上绝大多数植物、动物、真菌和蓝藻都具有生物钟。

    日前，哈佛医学院的合成生物学家Pamela Silver教授领导研究团队，将蓝藻的生物钟体系移植到了原本没有昼夜节律的细菌中。这项发表在Science Advances杂志上的研究，首次向人们展示了生物钟移植。

    “我们将天然系统看作模块，以可预测和可编程的方式操纵生物学回路，”Silver教授说。研究人员用这一方法成功为大肠杆菌赋予了昼夜节律，这些大肠杆菌日后可以用于益生菌药物，对肠道菌群进行监控。

    在人们已知的细菌中，只有蓝藻天生具有昼夜节律。蓝藻的生物钟主要包括三个蛋白：KaiA、KaiB和KaiC。白天，KaiC在KaiA的帮助下磷酸化;晚上，KaiC在KaiB的作用下去磷酸化。这三个蛋白在体外就能表现出节律性的磷酸化和去磷酸化。

    研究人员从蓝藻中提取了这一蛋白回路，并将其移植到大肠杆菌E. coli中，给非节律性的E. coli中建立了生物钟。将这一回路与其他基因表达元件关联，就可以根据昼夜循环来影响代谢和行为。在这项研究中，KaiABC与荧光蛋白关联，E. coli会随着昼夜节律发出荧光。

    “未来可以通过药片递送这些节律性的E. coli，实现精确的缓释药物，或者影响机体的昼夜节律，”文章的第一作者Anna Chen说。

    我们人类的代谢受到生物钟的影响，干扰昼夜节律会引起肥胖和葡萄糖耐受不良。人们还发现，在不同的时间点或者昼夜节律阶段用药，会影响许多药物(包括那些常用的癌症药物)的疗效。人们可以利用节律性的E. coli调节患者的昼夜节律或者在特定时间释放药物，这不仅有助于治疗癌症和代谢疾病，还可以实现许多其他的临床应用，比如说通过重新编程和调整生物钟解决时差反应。

    “这项研究展示了生物系统的成功模块化，为人们打开了一扇新的大门，其他分子生物学回路也可以进行移植，”Silver说。

    原文标题：ansplantability of a circadian clock to a noncircadian organism

    原文摘要：Circadian oscillators are posttranslationally regulated and affect gene expression in autotrophic cyanobacteria. Oscillations are controlled by phosphorylation of the KaiC protein, which is modulated by the KaiA and KaiB proteins. However, it remains unclear how time information is transmitted to transcriptional output. We show reconstruction of the KaiABC oscillator in the noncircadian bacterium Escherichia coli. This orthogonal system shows circadian oscillations in KaiC phosphorylation and in a synthetic transcriptional reporter. Coexpression of KaiABC with additional native cyanobacterial components demonstrates a minimally sufficient set of proteins for transcriptional output from a native cyanobacterial promoter in E. coli. Together, these results demonstrate that a circadian oscillator is transplantable to a heterologous organism for reductive study as well as wide-ranging applications.