Mechanizmus a genetika biologických hodín Nobelovej ceny za medicínu 2017
Naše vnútorné biologické hodiny s veľkou presnosťou prispôsobujú našu fyziológiu rôznym fázam dňa. Reguluje kritické funkcie, ako je stravovacie správanie, uvoľňovanie hormónov, spánok, telesná teplota, metabolizmus a krvný tlak. Výskum bol významný, pretože identifikoval mechanizmus, ktorý riadi hodiny vo vnútri bunky, tvrdí Nobelov výbor
Vedci Jeffrey C. Hall, Michael Rosbash a Michael W. Young získali v roku 2017 Nobelovu cenu za medicínu.
Vývoj a adaptácia
Podstatnou črtou života na Zemi je schopnosť prispôsobiť sa prostrediu. Rôzne geografické polohy majú odlišné prostredie a organizmy sa prispôsobujú prevládajúcim podmienkam, aby zvýšili svoje šance na prežitie. Všade však všade dochádza k hlbokým zmenám svetla a teploty okolia v dôsledku rotácie Zeme okolo svojej osi.
Na prispôsobenie sa týmto zmenám si väčšina organizmov vyvinula vnútorné biologické hodiny, ktoré predvídajú denné/nočné cykly a pomáhajú im optimalizovať ich fyziológiu a správanie. Tento denný rytmus generovaný vnútorne je známy ako cirkadiánny, z latinských slov circa znamená okolo a zomiera deň.
Cirkadiánne rytmy sú staré a zachovávajú sa počas celej evolúcie. Existujú v životných formách od jednobunkových siníc po všetky mnohobunkové organizmy vrátane húb, rastlín, hmyzu, hlodavcov a ľudí.
Základné prvky cirkadiánneho systému pozostávajú z generátora alebo oscilátora autonómneho rytmu 24 hodín, regulačných alebo tréningových mechanizmov, ktoré spájajú vnútorný oscilátor s vonkajšími stimulmi (nazývanými zeitgebers, napríklad časovače), ako sú svetlo a mechanizmy. výstup umožňujúci včasné plánovanie fyziologických procesov.
Dôležitosť objavu
Sir Paul Nurse, riaditeľ Inštitútu Františka Cricka, ktorý v roku 2001 získal Nobelovu cenu za výskum bunkového cyklu, hovorí o dôležitosti objavu.
Vedci pomocou ovocných múch identifikovali gény, ktoré pri zmene zmenili cirkadiánny rytmus. Pomocou genetiky biochemicky identifikovali zložky tvorené týmito génmi, RNA a proteíny, aby pochopili mechanizmy, ktoré udržiavajú bunkové hodiny vedúce k cirkadiánnemu rytmu.
Je tu druhý dôvod. Stále viac si uvedomujeme, že biologické hodiny majú dôsledky na chorobu. S modernou technologickou dobou, pretože sme schopní cestovať v rôznych časových pásmach, narúšame náš cirkadiánny rytmus. Môžeme žiť v režimoch svetlo-tma, ktoré nemajú nič spoločné s cirkadiánnym rytmom. To vedie k situáciám, ako je jet lag, ktoré sú nepríjemné a môžu mať naopak následky na tele, ktorým úplne nerozumieme.
Existujú určité dôkazy, že liečbu choroby môžu ovplyvňovať cirkadiánne rytmy. Ľudia uvádzali, že keď máte operáciu alebo keď užívate liek, môže to skutočne ovplyvniť. Zatiaľ to nie je jasné, ale takmer určite budú nejaké dôsledky pre liečenie tejto choroby.
Cirkadiánna biológia a zdravie človeka
Chronobiológia má vplyv na mnoho aspektov našej fyziológie. Napríklad cirkadiánne hodinky pomáhajú pri úprave spánkové vzorce, stravovacie správanie, uvoľňovanie hormónov, krvný tlak a telesná teplota.
Hrajú aj molekulárne hodiny, miestne úlohy v mnohých tkanivách. Ablácia génov biologických hodín na zvieracích modeloch spôsobuje arytmickú produkciu hormónov, ako je kortikosterón a inzulín (Son et al., 2008).
Gény biologických hodín majú tiež výrazný vplyv na metabolizmus riadením glukoneogenézy, citlivosti na inzulín a systémovej oscilácie glukózy v krvi (Panda, 2016).
Spánok je životne dôležitý pre normálne fungovanie mozgu a cirkadiánna dysfunkcia bola spojená s poruchami spánku, rovnako ako depresia, bipolárna porucha, kognitívne funkcie, tvorba pamäte a niektoré neurologické poruchy (Gerstner a Yin, 2010).
V zriedkavých prípadoch sú poruchy spánku spôsobené mutáciami v génoch denných hodín, ktoré vedú k pokročilým alebo oneskoreným spánkovým cyklom (Patke et al., 2017; Toh et al., 2001).
Štúdie preukázali, že chronický nesúlad medzi našim životným štýlom a rytmom diktovaným našimi endogénnymi cirkadiánnymi hodinami možno spájať so zvýšeným rizikom rôznych chorôb vrátane rakoviny, neurodegeneratívnych chorôb, metabolických porúch a zápalov. Vyvíja sa úsilie na vývoj prístupov v chronobiológii a farmakológii na zmenu obdobia, fázy alebo amplitúdy cirkadiánnych hodín s cieľom zlepšiť zdravie človeka (Hirota a Kay, 2015).
Tohtoroční víťazi pravdepodobne neboli na čele tipovacieho zoznamu, pretože Nobelovu cenu je ťažké predvídať. Na tlačovej konferencii, na ktorej boli vyhlásené ceny, člen Inštitútu Karolinska uviedol, že keď informoval Rosbash, že cenu dostal, jeho odpoveď bola: Vtip.
Medzi držiteľmi ceny za medicínu boli mená ako Alexander Fleming, objaviteľ penicilínu, alebo Karl Landsteiner, ktorých identifikácia rôznych krvných skupín pripravila cestu pre bezpečné transfúzie.
O tomto ocenení nešlo bez kontroverzií, napríklad o cenu z roku 1948 za objav DDT, chemickej látky, ktorá pomáhala bojovať proti epidémiám, ktorá však bola neskôr zakázaná pre jej škodlivý vplyv na životné prostredie.