И снова здравствуйте!
В 2017 году Нобелевскую премию по физиологии/медицине присудили ученым Джеффри Холлу, Майклу Росбашу и Майклу Янгу за открытие молекулярных механизмов, управляющих циркадными ритмами - биологическими часами человека, которые контролируют работу практически каждой системы организма. У всех живых организмов внутренние часы регулируют физиологические циклы отдыха и бодрствования, температуры, мышечной активности у животных, внимания и т. д.
Холл, Росбаш и Янг начали свои исследования еще в 70-х годах. Тогда о природе циркадных ритмов ничего еще не было известно, только начинались опыты на дрозофилах (это такие маленькие плодовые мушки, их часто используют для разных экспериментов). Тогда другие ученые Сеймур Бензер и Рональд Конопка выявили один ген — они его назвали period (per), — связанный с циркадными ритмами. Мутации в этом гене нарушали циркадную ритмику, он контролировал суточную физиологию не только у взрослых насекомых, но и у личинок.
Дальше этот ген очень подробно исследовали. Например, выяснили, где именно на хромосоме он находится, и какие молекулы РНК образуются в результате транскрипции. Сейчас это вполне себе будни биологов, а вот в 80-е годы - это было очень серьезные эксперименты. Тогда же ученые выделили один транскрипт, который показался им очень интересным в плане дальнейших исследований. Во-первых, он у мутантов (у тех мушек, у которых были проблемы с ритмичностью) или отсутствовал, или присутствовал в ничтожном количестве, во-вторых, у нормальных мух его количество резко менялось в течение дня: днем его было много, а ночью мало. Белок от этого транскрипта напрямую участвует в суточном ритме. Команда Майкла Янга из Рокфеллеровского университета Нью-Йорка опубликовала результаты об этом в 1984 г.
Команда Холла и Росбаша продемонстрировала, что per экспрессируется практически во всех тканях тела (1987 г.), в особенности в глазах и в мозге.
В процессе дальнейших исследований было проанализировано более 7000 различных мутаций. Одна из них была названа timeless (с белком TIM). У мутантов по этому гену суточные ритмы нарушались. В серии экспериментов команде Янга удалось показать, что period и timeless работают в связке. Их активность колеблется в течение дня и регулируется петлевым механизмом обратной связи. Как только уровень белков, кодируемых этими генами, достигает определенного уровня, синтез этих белков прекращается. Уровень падает — синтез возобновляется.
Через некоторое время Янг выявил и исследовал еще один ген, участвующий в регуляции суточных ритмов. В результате были выделены две линии с новой мутацией в гене doubletime (dbt) с соответствующим белком. Одна из них — первая из обнаруженных — резко укорачивала период ритмов: вместо 24-часового получался 18-часовой цикл активности. А другая, наоборот, увеличивала период циклов до 26–27 часов.
Количество белка TIM меняется в наших клетках в зависимости от освещенности, то есть циркадные ритмы «включаются» и «выключаются» светом.
Наш биологический ритм «кодируется» индивидуально, при этом большинство людей попадают в 24-часовой цикл. Однако существуют и те, чей внутренний распорядок рассинхронизирован — к примеру, ставший таким популярным ритм «совы». Ученые считают, что у 1 из 75 человек «совиный» режим вызван мутацией белка CRY1, который задерживает состояние сонливости до наступления раннего утра. Это не только усложняется тем, что «совам» приходится рано вставать и заниматься каждодневными делами, но и тем, что из-за рассинхрона цикл становится удлиненным и организм постоянно находится в состоянии напряженного, нездорового бодрствования. С одной стороны, это довольно редкая генетическая мутация, с другой стороны, в городе с населением в 75 тыс. человек таких "сов" уже 1000.
Невыспавшийся человек легко набирает вес и с трудом сбрасывает его. Ему чаще хочется сладкого и фастфуда, чем здоровой пищи, потому что организм пытается компенсировать недостаток энергии тягой к простым углеводам.
Также при нарушении биоритмов становится сложнее заснуть и проснуться, развивается зависимость от кофеина. Спать хочется как можно дольше, но сон перестает восполнять силы. Повышается риск депрессии, возникают перепады настроения в течение дня и всплески негативных эмоций. А организм становится более уязвимым к болезням и инфекциям.
#биология
#генетика
#нобелевская премия
