De biologische klok van bacteriën wordt door twee moleculaire mechanismen tegelijk aangedreven omdat hij anders niet altijd stabiel zou zijn. Dat concluderen onderzoekers van het FOM-instituut AMOLF in Amsterdam. Ze hebben deze combinatie van twee uurwerken als eersten weten te vangen in een wiskundig model.

Het op de website van PNAS gepresenteerde model geldt officieel alleen voor de cyanobacterie Synechococcus elongatus. Maar het zou de onderzoekers niets verbazen als het bij mensen net zo werkt.

Vroeger nam men aan dat er maar één uurwerk was, dat gebaseerd is op een cyclus van synthese en afbraak van bepaalde eiwitten. Maar in 2005 werd in Japan ontdekt dat de cyanobacterie nog een tweede uurwerk bezit, dat werkt met modificatie van een eiwit door (de)fosforylering. Het gekke is dat de bacterie aan één cyclus naar keuze genoeg lijkt te hebben om haar dag- en nachtritme te behouden.

Het wiskundige model van David Zwicker en Pieter Rein ten Wolde laat nu zien wat er aan de hand is. Beide uurwerken zijn in principe inderdaad zelfstandige biologische klokken, maar ze stabiliseren elkaar.

Dat is met name nodig voor de eiwitmodificatieklok, die in de war zou kunnen raken wanneer de bacterie heel snel groeit. Dan worden immers veel verse eiwitten aangemaakt, die bij aflevering allemaal in dezelfde modificatietoestand verkeren. Op zulke momenten zorgt de eiwitsyntheseklok er voor dat het afleveringstempo niet constant is, maar als het ware mee-oscilleert met de modificatieklok.

Omgekeerd stabiliseert die modificatieklok de syntheseklok op momenten dat de bacterie juist niet snel groeit, en de eiwitconcentraties zo laag dreigen te worden dat de syntheseklok niet betrouwbaar meer is.

Alles bij elkar luidt de conclusie dat de combinatie van twee klokken stukken robuuster is dan de twee klokken afzonderlijk, en zelfs veel robuuster dan je op grond van klassieke signaaltheorie zou verwachten.

bron: FOM

Onderwerpen