Αναμείνατε ολίγον τι
Επιστήμες

Με το Νόμπελ Ιατρικής 2017 βραβεύτηκαν οι ερευνητές που αποκάλυψαν τα μυστικά του βιολογικού μας ρολογιού

Με το Νόμπελ Ιατρικής 2017 βραβεύτηκαν οι ερευνητές που αποκάλυψαν τα μυστικά του βιολογικού μας ρολογιού

Η ζωή στη Γη είναι προσαρμοσμένη στην περιστροφή του πλανήτη μας. Εδώ και πολλά χρόνια γνωρίζουμε ότι οι ζώντες οργανισμοί, συμπεριλαμβανομένων των ανθρώπων, έχουν ένα εσωτερικό βιολογικό ρολόι που τους βοηθά να προσαρμόζονται στον κανονικό ρυθμό της ημέρας.

Αλλά πώς λειτουργεί αυτό το ρολόι;

Ο Jeffrey C. Hall, ο Michael Rosbash και ο Michael W. Young κατάφεραν να εξετάσουν το βιολογικό μας ρολόι και να διασαφηνίσουν την εσωτερική του λειτουργία. Οι ανακαλύψεις τους εξηγούν πώς τα φυτά, τα ζώα και οι άνθρωποι προσαρμόζουν τον βιολογικό τους ρυθμό ώστε να συγχρονίζονται με τις περιστροφές της Γης.

Χρησιμοποιώντας φρουτόμυγες ως πρότυπο οργανισμό, οι νικητές του φετινού βραβείου Νόμπελ Ιατρικής, απομόνωσαν ένα γονίδιο που ελέγχει τον καθημερινό βιολογικό ρυθμό. Έδειξαν ότι αυτό το γονίδιο κωδικοποιεί μια πρωτεΐνη που συσσωρεύεται στο κύτταρο κατά τη διάρκεια της νύχτας και αποικοδομείται κατά τη διάρκεια της ημέρας.

Στη συνέχεια, εντόπισαν πρόσθετα συστατικά πρωτεΐνης αυτού του μηχανισμού, εκθέτοντας τον μηχανισμό που διέπει το αυτοσυντηρούμενο ρολόι μέσα στο κύτταρο. Είμαστε πλέον σε θέση να γνωρίζουμε ότι τα βιολογικά ρολόγια λειτουργούν με τον ίδιο τρόπο στους πολυκύτταρους οργανισμούς, συμπεριλαμβανομένων των ανθρώπων.

Με εξαιρετική ακρίβεια, το εσωτερικό μας ρολόι προσαρμόζει τη φυσιολογία μας στις διαφορετικές φάσεις της ημέρας. Το βιολογικό μας ρολόι ρυθμίζει κρίσιμες λειτουργίες όπως η συμπεριφορά, τα επίπεδα ορμονών, ο ύπνος, η θερμοκρασία του σώματος και ο μεταβολισμός. Η ευημερία μας επηρεάζεται όταν υπάρχει προσωρινή αναντιστοιχία μεταξύ του εξωτερικού μας περιβάλλοντος και αυτού του εσωτερικού βιολογικού ρολογιού- για παράδειγμα όταν ταξιδεύουμε σε διάφορες ζώνες ώρας και βιώνουμε “jet lag“. Υπάρχουν επίσης ενδείξεις ότι η χρόνια απόκλιση μεταξύ του τρόπου ζωής και του ρυθμού που υπαγορεύει ο εσωτερικός χρονομετρητής μας συνδέεται με αυξημένο κίνδυνο για διάφορες ασθένειες.

Το εσωτερικό μας ρολόι

Οι περισσότεροι ζωντανοί οργανισμοί προσαρμόζονται στις καθημερινές αλλαγές στο περιβάλλον. Κατά τη διάρκεια του 18ου αιώνα, ο αστρονόμος Jean Jacques d’Ortous de Mairan χρησιμοποίησε στις μελέτες του φυτά mimosa και παρατήρησε ότι τα φύλλα τους άνοιγαν προς τον ήλιο κατά τη διάρκεια της ημέρας και έκλειναν το σούρουπο. Έτσι, αναρωτήθηκε τι θα συμβεί εάν το φυτό τοποθετηθεί σε μέρος όπου επικρατεί συνεχώς σκοτάδι. Διαπίστωσε ότι ανεξάρτητα από το ηλιακό φως, τα φύλλα συνέχιζαν να ακολουθούν την κανονική καθημερινή τους ταλάντωση. Τα φυτά φαινόταν να έχουν το δικό τους βιολογικό ρολόι.

Mimosa plants in window

Άλλοι ερευνητές διαπίστωσαν ότι όχι μόνο τα φυτά, αλλά και τα ζώα και οι άνθρωποι, έχουν βιολογικό ρολόι που βοηθά στην προετοιμασία της φυσιολογίας μας για τις διακυμάνσεις της ημέρας. Αυτή η τακτική προσαρμογή αναφέρεται ως κιρκάδιος ρυθμός (circadian rhythm), που προέρχεται από τις λατινικές λέξεις, circa  που σημαίνει «γύρω» και dies που σημαίνει «ημέρα». Αλλά το  πώς ακριβώς λειτουργεί το εσωτερικό βιολογικό μας ρολόι παρέμενε ένα μυστήριο.

Ανακαλύπτοντας το γονίδιο του ρολογιού

Κατά τη διάρκεια της δεκαετίας του 1970, ο Seymour Benzer και ο μαθητής του Ronald Konopka αναρωτήθηκαν αν θα ήταν δυνατό να εντοπιστούν γονίδια που ελέγχουν τον κιρκαδιανό ρυθμό στις μύγες των καρπών. Έδειξαν ότι οι μεταλλάξεις σε ένα άγνωστο γονίδιο διέσπασαν το κιρκαδιανό ρολόι των μυγών. Ονόμασαν αυτό το γονίδιο, «περίοδο» (period). Όμως πώς θα μπορούσε αυτό το γονίδιο να επηρεάσει τον κιρκαδιανό ρυθμό;

Οι φετινοί αποδέκτες του βραβείου Νόμπελ Ιατρικής ή Φυσιολογίας, είχαν ως στόχο να ανακαλύψουν πώς λειτουργεί αυτό το βιολογικό ρολόι. Το 1984, ο Jeffrey Hall, ο Michael Rosbash και ο Michael Young κατάφεραν να απομονώσουν το γονίδιο της περιόδου.

Στη συνέχεια, ο Jeffrey Hall και ο Michael Rosbash ανακάλυψαν ότι η PER, η πρωτεΐνη που κωδικοποιείται από την περίοδο, συσσωρευόταν κατά τη διάρκεια της νύχτας και υποχωρούσε κατά τη διάρκεια της ημέρας. Έτσι, τα επίπεδα της πρωτεΐνης PER κυμαίνονται σε έναν κύκλο 24 ωρών, σε συγχρονισμό με τον κιρκάδιο ρυθμό.

Αυτορυθμιζόμενος μηχανισμός

Ο επόμενος στόχος τους ήταν να κατανοήσουν πώς δημιουργούνται και διατηρούνται τέτοιου είδους κιρκαδιανές ταλαντώσεις. Ο Jeffrey Hall με τον Michael Rosbash υπέθεσαν ότι η πρωτεΐνη PER αναστέλλει τη δράση του γονιδίου period. Όταν το εν λόγω γονίδιο είναι ενεργό, δημιουργεί το δικό του mRNA, το οποίο μεταφέρεται στο κυτταρόπλασμα και αυτό με τη σειρά του λαμβάνει την εντολή να δημιουργήσει πρωτεΐνη PER. Ακολούθως η PER συσσωρεύεται στον κυτταρικό πυρήνα, όπου και αναστέλλεται η δράση του γονιδίου PER. Αυτό δημιουργεί το μηχανισμό ανασταλτικής δράσης που ορίζεται από τον κιρκαδιανό ρυθμό.

Η ανακάλυψη ήταν εντυπωσιακή, ωστόσο έλειπαν κάποια κομμάτια από το παζλ. Για να εμποδίσει τη δραστηριότητα του γονιδίου της περιόδου, η πρωτεΐνη PER η οποία παράγεται στο κυτταρόπλασμα, θα πρέπει να φθάσει στον πυρήνα του κυττάρου, όπου βρίσκεται το γενετικό υλικό. Ο Jeffrey Hall και ο Michael Rosbash είχαν δείξει ότι η πρωτεΐνη PER συσσωρεύεται στον πυρήνα κατά τη διάρκεια της νύχτας- όμως πώς φθάνει ως εκεί;

Το 1994, ο Michael Young ανακάλυψε ένα δεύτερο γονίδιο ρολογιού που κωδικοποιεί την πρωτεΐνη TIM, η οποία είναι απαραίτητη για έναν φυσιολογικό κιρκαδιανό ρυθμό. Επίσης απέδειξε όταν η ΤΙΜ δεσμεύεται από την PER- οι δύο πρωτεΐνες εισέρχονται μαζί στον κυτταρικό πυρήνα και αναστέλλουν τη δράση του γονιδίου period.

Ένας τέτοιος ρυθμιστικός μηχανισμός ανατροφοδότησης εξηγεί πώς προκύπτει η ταλάντωση των κυτταρικών πρωτεϊνικών επιπέδων, αλλά το ερώτημα παρέμενε.

Τι ελέγχει τη συχνότητα των ταλαντώσεων;

Ο Michael Young εντόπισε ακόμα ένα γονίδιο το οποίο κωδικοποιεί τη πρωτεΐνη DBT που καθυστερεί τη συσσώρευση της πρωτεΐνης PER. Αυτό έδωσε την εικόνα για το πώς μια ταλάντωση προσαρμόζεται για να ταιριάζει περισσότερο με έναν 24ωρο κύκλο.

Οι ανακαλύψεις των τριών επιστημόνων που μοιράστηκαν το Νομπέλ Ιατρικής – Φυσιολογίας 2017, απέδειξαν τον ακριβή μηχανισμό που λειτουργεί το βιολογικό ρολόι ζώων και φυτών. Τα επόμενα χρόνια ανακαλύφθηκαν και άλλα, αρκετά μοριακά συστατικά του μηχανισμού, που εξηγούσαν τη σταθερότητα και τη λειτουργία του. Ωστόσο, οι βάσεις και οι κυριότερες λεπτομέρειες δόθηκαν από αυτούς τους τρεις επιστήμονες.

Εναρμονίζοντας τον χρόνο με την ανθρώπινη φυσιολογία

Το βιολογικό ρολόι εμπλέκεται σε πολλές πτυχές της σύνθετης φυσιολογίας μας. Πλέον γνωρίζουμε ότι όλοι οι πολυκύτταροι οργανισμοί, συμπεριλαμβανομένων των ανθρώπων, χρησιμοποιούν έναν παρόμοιο μηχανισμό για τον έλεγχο των κιρκάδιων ρυθμών. Ένα μεγάλο μέρος των γονιδίων μας ρυθμίζεται από το βιολογικό ρολόι και κατά συνέπεια, ένας προσεκτικά βαθμονομημένος κιρκάδιος ρυθμός προσαρμόζει τη φυσιολογία μας στις διάφορες φάσεις της ημέρας.

Οι σημαντικές ανακαλύψεις των ερευνητών Hall, Rosbash και Young , δείχνουν ότι η κιρκάδια βιολογία αποτελεί ένα τεράστιο και εξαιρετικά δυναμικό ερευνητικό πεδίο, που συνδέεται άμεσα με την υγεία και την ευημερία μας.

 

Πηγές

 

 

Μοιραστείτε το άρθρο

The following two tabs change content below.
Γιώτα Ζώτου

Γιώτα Ζώτου

Είμαι απόφοιτος του Τμήματος Εφαρμοσμένων Μαθηματικών του Πανεπιστημίου Κρήτης και κάθε προσπάθεια για περαιτέρω βελτίωση, που έχει σαν στόχο την διευκόλυνση της καθημερινότητας του ανθρώπου άπτεται των ενδιαφερόντων μου. Μέσα από αυτό το site λοιπόν θα μοιραζόμαστε ερευνητικά δεδομένα και εξελίξεις που αφορούν στις επιστήμες και την τεχνολογία, τα οποία έμμεσα ή άμεσα μας αφορούν και αξίζει να γνωρίζουμε.

Αφήστε ένα σχόλιο

Επιλογές της ομάδας
σκίτσο του Άλμπερτ Αϊνστάιν
Πώς τα μυστικά των πρώτων αριθμών κάνουν τον κόσμο μας ασφαλέστερο
Πώς ο Ερατοσθένης υπολόγισε την περιφέρεια της Γης πάνω από 2000 χρόνια πριν;
Τι θα γινόταν αν ο αυτισμός ήταν ... υπερδύναμη;
Εκπληκτικές φωτογραφίες του Cassini λίγο πριν τη συντριβή του στον Κρόνο