Часы вполне могут быть одним из фундаментальных секретов самой жизни.
Лабораторные мыши, выращенные без часов гены все еще могут функционировать, но они получают рак или имеют другие отклонения - их механизм восстановления ДНК не работает. Поэтому рабочие ночной смены и пилоты или стюардессы, которые летают по международным маршрутам, имеют более высокий уровень заболеваемости некоторыми видами рака? Эксперименты с мышами, склонными к раку молочной железы, показали, что продолжающиеся нарушения нормальных циклов сна ускоряют развитие опухолей. Таким образом, есть, по крайней мере, некоторые причины для беспокойства у людей с семейной историей рака молочной железы.
Можем ли мы манипулировать часами как способом улучшения лечения рака? Мы не знаем. Но мы знаем, что восстановление ДНК работает по-разному в разное время суток, что говорит о том, что облучение или химиотерапия будут наиболее эффективными, если дать, когда восстановление ДНК является наименее активным.
Часы также влияют на наши основные метаболические процессы - то, как наш организм расщепляет органическую материю и собирает энергию из пищи, которую мы едим, а затем использует эту энергию для построения белков и других компонентов клеток. Но наоборот, они работают слишком быстро, а затем еда помогает восстановить часы. Пост, или очень низкокалорийные диеты, как известно, также замедляют процесс старения, который контролируется часами. Можем ли мы вместо этого просто перепрограммировать часы, если мы понимаем их механизмы более подробно, чтобы замедлить старение напрямую? Мы не знаем, но возможности более чем интригующие.
Если отбросить потенциальные применения, то исследования не получаются более базовыми, чем это. Часы вполне могут претендовать на один из фундаментальных секретов самой жизни. По крайней мере, понимание химии живых клеток означает понимание часов, которые организуют, когда и как часто функционирует эта химия.
Как разблокировать механизм часов
Чтобы понять, как работают часы, и ответить на множество вопросов о практическом применении, потребуется систематическое отображение часовых механизмов в различных тканях человека и в разное время суток. Затем ученые могут приступить к разработке того, как белки часов взаимодействуют с генами часов и другими белками, как химически, так и структурно. Не менее важным является исследование сигнального механизма, с помощью которого центральные часы синхронизируют отдельные клеточные часы, так что все они работают вместе в ритме с вращением Земли. Другой подход, вероятно, включает в себя скрининг миллионов малых молекул, чтобы выявить те, которые могут изменить периодический ритм часов или увеличить / уменьшить амплитуду колебаний часов. Такие молекулы могут быть использованы в качестве инструментов для изучения часовых механизмов, а также предложить потенциальных кандидатов для будущей разработки лекарств.
Для открытия точных молекулярных механизмов, с помощью которых белки, метаболические соединения и сигнальные химикаты поддерживают и регулируют часы, потребуется широкий спектр научных талантов в генетике, в картировании белков и определении их структуры, а также в биохимии белков. Для этого потребуется сначала работать с модельными организмами, такими как фруктовые мухи или мыши, а затем наблюдать, присутствуют ли такие же механизмы в людях. А затем, в конце концов, также потребуется клинические исследования, чтобы использовать эти знания для укрепления, корректировки или точной настройки часов, чтобы разработать новые методы лечения в людях или более продуктивных культур или новые способы борьбы с вредными бактериями.
Это не маленький проект. Он потребует оборудования, но еще больше он потребует создания необходимых научных талантов, поддержания исследовательских групп в нескольких университетах в течение, по крайней мере, десятилетия. По оценкам, для достижения значительного прогресса, намного превышающего обычный научный грант, потребуется 100 миллионов долларов США и 10 лет усилий. Подобный проект также не вписывается в мандаты по финансированию, сосредоточенные на конкретных заболеваниях. По сути, проект требует сделать для клеточной биологии то же самое, что проект генома сделал для генетики, что неудивительно, учитывая, насколько центральным является время для жизни само по себе.
Тем не менее, полученные фундаментальные знания, скорее всего, окажут глубокое влияние на нашу способность решать проблемы, связанные с поведением и здоровьем человека, а также всех других живых организмов. И, возможно, в конце концов, мы также поймем, почему мы являемся часовым механизмом, почему жизнь держит время в земном ритме.