Giống như một cái đồng hồ bỏ túi cần có một hệ thống các bánh răng và lò xo phức tạp để làm cho đồng hồ điểm báo giờ chính xác, từng tế bào cũng có một mạng lưới protein và gen để duy trì đồng hồ nội tại của chúng, là nhịp hàng ngày, điều khiển sự chuyển hóa, sự phân chia tế bào và sự sản xuất hoocmon ở người, cũng giống như nhịp thức-ngủ. Nghiên cứu nhịp "một ngày đêm" này ở ruồi giấm, loại sinh vật có các gen tương tự như gen của người, các nhà khoa học đã thiết kế một mô hình cơ bản về phương thức cơ chế định thời của tế bào. Tuy nhiên, mới đây, một bài báo mới đăng tải trong Tạp chí Science đã làm đảo lộn mô hình này: bằng cách nghiên cứu các tế bào sống, các nhà nghiên cứu thuộc trường Đại học Rockefeller đã khám phá ra một loại đồng hồ trước đây chưa được phát hiện ra bên trong đồng hồ ngày đêm.
Ở cấp độ cơ bản nhất, các nhịp thức-ngủ của sinh vật là do 10 gen đã được biết đến chi phối. Ở ruồi giấm, hai trong các gen này - định kỳ và không định kỳ - sản sinh ra các protein biến động trong vòng kiểm soát mối liên hệ ngược âm tính, cần đến khoảng 24 giờ để hoàn thành. Vào ban đêm, hai gen khác (đồng hồ và chu kỳ) kích thích sự sản sinh ra các protein Định kỳ (period) và Không định kỳ (timeless), là các gen bắt đầu tích lũy trong bào chất của tế bào. Sau khoảng 6 giờ, hai protein này di chuyển vào nhân; sự có mặt của chúng làm "tắt" các gen, sau đó các gen này bị bất hoạt cho đến khi các protein Period và Timeless phân hủy và toàn bộ chu trình lại bắt đầu lại.
Năm 1984, Giáo sư Michael Young thuộc Đại học Rockefeller và là nhà lãnh đạo Phòng thí nghiệm Di truyền, đã phân lập được gen nhịp ngày đêm đầu tiên, Period. Từ đó, Young và cộng sự tìm cách giải mã nhịp ngày đêm của tế bào và cho rằng họ đã phát hiện được một số đặc trưng cơ bản. Các nghiên cứu trước đây nghiên cứu sự hoạt động của các protein Period và Timeless trong các giai đoạn khác nhau của chu trình, dường như cho thấy hai loại protein không được dùng đến trong bào chất của tế bào cho đến khi chúng va chạm vào nhau và sau đó liên kết với nhau và đi vào nhân. Tuy nhiên, Young và Pablo Meyer đã sử dụng một phương pháp mới thể hiện quá trình này một cách đơn giản hơn rất nhiều.
Nhà vật lý Meyer thấy rất bối rối vì chỉ có thể hiểu rất ít những gì diễn ra trong tế bào. Sự thật là chúng ta thực sự không biết điều gì xảy ra trong bào chất và mọi sự đang được thực hiện theo phương thức chính xác như thế nào. Vì vậy, Meyer đã dựa vào một kỹ thuật được phát minh năm 1948, gọi là Kỹ thuật Truyền Năng lượng Cộng hưởng Huỳnh quang (Fluorescence Resonance Energy Transfer). Kỹ thuật này xác định mối tương tác giữa các protein bằng cách gắn nhãn huỳnh quang cho chúng và quan sát chúng phản ứng với các bước sóng ánh sáng khác nhau như thế nào. Tuy nhiên, do kỹ thuật này phức tạp nên trong một thời gian dài không ai đã nghĩ đến việc sử dụng nó để nghiên cứu protein trong tế bào.
Kỹ thuật này bắt đầu xác định tất cả các mối tương tác sinh hóa trong tế bào. Lần đầu tiên, đã có thể phát hiện thấy các protein Period và Timeless trong 8 giờ hoặc lâu hơn. Theo Young, chưa có ai từng đánh dấu các cấu phần để theo dõi chúng, để quan sát đồng hồ khi đồng hồ hoạt động trong một tế bào. Tất cả điều mà ngành sinh hóa học và sinh học phân tử đã thực hiện về vấn đề này là thu thập thông tin từ các con ruồi giấm đã chết. Hiện nay, thay vì các khuôn hình cứng nhắc (freeze-frame), người ta đã có phim động.
Phim chuyển động cho phép theo dõi mối tương tác giữa các protein Period và Timeless với độ phân giải trước đây chưa từng có. Các nhà nghiên cứu đã phát hiện thấy, đó không phải là sự va đập ngẫu nhiên mà hai loại protein này liên kết trong bào chất hầu như là ngay lập tức và tạo ra cái mà Young và Meyer gọi là "Bộ định thời cách quãng" ("Interval Timer). Sau đó, 6 giờ sau khi liên kết, phức hợp này nhanh chóng phân tách và các protein di chuyển vào nhân riêng rẽ, tất cả chúng đi vào trong vài phút. Theo Young, một sự biến đổi nào đó đã xảy ra vào khoảng 6 giờ làm cho phức hợp này bùng nổ. Các protein thoát ra và di chuyển vào nhân tế bào. Có lẽ, được gắn trong hệ thống này là một bộ định thời, hình thành bởi Period và Timeless, đếm 6 giờ. Như vậy, người ta có một bộ định thời trong một cái đồng hồ. Bộ định thời chính xác này cho thấy các mối tương tác được điều phối thực sự rất hài hòa giữa các protein.
Young và Meyer còn phải xác định chính xác xem bộ định thời này hoạt động như thế nào, tuy nhiên, phát hiện này mở ra cánh cửa cho hàng loạt các câu hỏi mới. Bộ định thời bên trong này hoạt động như thế nào? Có phải nó được tạo thành từ các loại protein bổ sung? Đây có phải là bộ định thời duy nhất trong đồng hồ nhịp ngày đêm không? Theo Young, các câu hỏi này còn cần được giải đáp. Vài năm trước đây, chúng ta đã xác định được nhiều gen và có bức tranh khái quát về đồng hồ nhịp ngày đêm hoạt động như thế nào. Tuy nhiên, điều mới phát hiện đã cho thấy còn nhiều đặc tính hấp dẫn khác của hệ thống này đã bị bỏ sót.
T.Q. (theo Sciencedaily, 14/1/2006)