2 tygodnie temu

Zegar biologiczny – tegoroczny Nobel z medycyny

Jeffrey C. Hall, Michael Rosbash i Michael W. Young. Ill. Niklas Elmehed (Nobel Media 2017)

Żyjemy zgodnie z zegarem niezależnie od tego, czy mamy go na ręce, czy w naszej kieszeni znajduje się telefon, na którym możemy sprawdzić godzinę. Zegar biologiczny steruje cyklem okołodobowym wszystkich organizmów od jednokomórkowców po człowieka. To, jak jest ważny, pokazuje tegoroczna Nagroda Nobla z fizjologii i medycyny.

Nasze życie kręci się według zegara. O zegarze biologicznym mówi się już od dawna, ale wciąż prowadzone są badania na temat sterującego nim mechanizmu. W końcu, żeby poznać pracę zegarka, trzeba najpierw go rozkręcić i poznać układ oraz funkcje poszczególnych elementów. Właśnie za taką zegarmistrzowską pracę tegoroczny Nobel z medycyny i fizjologii powędrował do trzech amerykańskich badaczy: Jeffreya Halla, Michaela Rosbasha i Michaela Younga.

Rytm okołodobowy w poszczególnych fazach dnia. Źródło

Podróż samolotem i mimozy

Życie wszystkich organizmów na Ziemi jest dopasowane do ruchów naszej planety. Nasze codzienne funkcjonowanie i dobre samopoczucie w dużym stopniu zależą od tego, czy z odpowiedzialnym za to dopasowanie mechanizmem wszystko jest w porządku. Jeśli ktoś ma co do tego jakiekolwiek wątpliwości, wystarczy pomyśleć o problemach związanych ze zmianą stref czasowych pojawiających się po podróży samolotem (tzw. jet lag).

Nauka przygląda się cyklowi okołodobowemu już od bardzo dawna. W XVIII wieku francuski astronom Jean Jacques d’Ortous de Mairan zauważył, że hodowane przez niego mimozy, w trakcie dnia, niejako w reakcji na światło dzienne, otwierają swoje liście, zamykając je wraz z nadejściem zmroku. Poddając rośliny badaniom i m.in. odcinając je od źródła światła, stwierdził, że muszą one posiadać wewnętrzny mechanizm odpowiedzialny za synchronizację funkcjonowania organizmu z porą dnia. Późniejsze badania udowodniły także, że podobnym zegarem mogą pochwalić się zwierzęta, w tym również i człowiek. Wspomnianą regularność nazwano w końcu rytmem okołodobowym (circadian rhytm).

 

Muszki owocówki i zegar genetyczny

To jednak oczywiście nie koniec, a początek działań naukowców na tym polu. Wiemy, że mechanizm istnieje, więc powinniśmy dowiedzieć się, jak działa. Umożliwił to przede wszystkim rozwój genetyki. W latach siedemdziesiątych XX wieku Seymour Benzer wraz ze swoim studentem Ronaldem Konopką, znalazł gen, który miał być odpowiedzialny za funkcjonowanie całego cyklu. Znaleziono go oczywiście u  niezastąpionych, jeśli chodzi o rozwój badań naukowych, muszek owocówek. Odkryty gen nazwano period i udowodniono, że przeprowadzanie na nim mutacji prowadzi do zaburzeń w zegarze biologicznym.

Dopiero w tym momencie tej biologiczno-zegarmistrzowskiej historii pojawiają się tegoroczni laureaci. Ich pierwszym osiągnięciem na tym polu było udane wyizolowanie przez Jeffreya Halla i Michaela Rosbacha wspomnianego genu oraz odkrycie zakodowanego w nim białka, które nazwano PER. Białko to akumuluje się w komórce przez noc, a następnie jest zużywane w ciągu dnia, a więc jego poziom jest ściśle związany z dwudziestoczterogodzinnym cyklem dobowym. W 1994 roku Michael Young odkrył kolejny gen związany z zegarem biologicznym, gen timeless kodujący białko TIM oraz nieco później gen doubletime kodujący DBT. Wspomniane białka razem tworzą mechanizm, który pozwala na cykliczność procesu wydzielania PER, która jednocześnie zbliżona jest do dwudziestoczterogodzinnego cyklu obrotu ziemi wokół własnej osi.

 

Zegar biologiczny bezpośrednio wpływa na aktywność naszego organizmu, jego temperaturę czy ciśnienie krwi. Jego przewlekłe ignorowanie i życie wbrew wewnętrznemu mechanizmowi wiąże się zaś z wieloma niebezpiecznymi chorobami. Właśnie dlatego, mając na uwadze znaczenie odkryć z nim związanych, komitet noblowski przyznał tegoroczną nagrodę trzem Amerykanom za zwiększenie „świadomości znaczenia właściwej higieny snu”. Jeśli ktoś mimo to ma wątpliwości, jak ważny jest sen, może sprawdzić to w naszym artykule.