Nagroda Nobla w dziedzinie fizjologii czy medycyny, 2017: Co nas kręci

Nagroda Nobla w dziedzinie fizjologii lub medycyny w 2017 roku trafiła do trzech amerykańskich naukowców za odkrycie mechanizmów molekularnych kontrolujących rytmy dobowe, zegara biologicznego, który przewiduje cykle dzień/noc w celu optymalizacji fizjologii i zachowania organizmów.

Jeffrey C Hall (L), Michael Rosbash (C), Michael W Young (R). (zdjęcie pliku AP 2013)

Drosophila melanogaster, muszka owocowa, która przez ponad wiek służyła za stanowisko testowe genetyki, ponownie wydała owoce. Nagroda Nobla w dziedzinie fizjologii lub medycyny trafiła do trzech amerykańskich biologów molekularnych, którzy od lat 70. XX wieku używali Drosophila w pracy nad rytmem okołodobowym, wewnętrznym zegarem, który zapewnia nam synchronizację ze światem. Śledzi ruch obrotowy Ziemi, mówi nam, kiedy iść spać, a kiedy wstawać, i przygotowuje nas do rutynowych zadań cielesnych, które wykonujemy w dzień i w nocy – oraz do wyzwań, z którymi możemy się zmierzyć.

Rytm zapewnia, że ​​jesteśmy w pełni czujni w godzinach porannych, co jest raczej przydatne, niezależnie od tego, czy jesteś myśliwym zbieraczem pożywienia, czy kapitanem przemysłu na spotkaniu. Działa również w niewidoczny sposób, regulując cykl ciśnienia krwi i temperatury ciała. Tłumi wypróżnienia tuż przed północą i wyrzeka się kontroli wcześnie rano, dzięki czemu nie budzimy się w okresie najgłębszego snu i najniższego tempa metabolizmu. Ludzie dzielą rytm dobowy ze zwierzętami, roślinami, grzybami, a nawet archaicznymi formami życia, takimi jak sinice — organizmami jednokomórkowymi, które są tak daleko w łańcuchu ewolucyjnym, że nie mają nawet jasno określonych jąder komórkowych.

Obserwuj @ieexplained

Rytm dobowy zaobserwowano od starożytności — kapitan triremy, który pływał po Morzu Arabskim pod dowództwem Aleksandra Wielkiego, opisał nutację liści tamaryndowca. Pierwszy eksperyment naukowy dotyczący tego zjawiska datuje się na rok 1729, kiedy to francuski chronobiolog Jean-Jacques d'Ortous de Mairan zauważył, że dobowe otwieranie i zamykanie dotyku (Mimosa pudica) pozostaje w czasie nawet wtedy, gdy roślina jest utrzymywana w całkowitej ciemności. Był to pierwszy krok w kierunku zrozumienia nauki o rytmie dobowym — przekonania, że ​​jest on endogenny i nie jest wyzwalany przez bodźce zewnętrzne, takie jak światło słoneczne.

Podczas gdy rytm dobowy został dokładnie zrozumiany i opisany, Nagrodę Nobla w dziedzinie fizjologii lub medycyny w 2017 r. przyznano Jeffreyowi C Hallowi i Michaelowi Rosbashowi, wieloletnim kolegom z Brandeis University, oraz Michaelowi W Youngowi z Rockefeller University, za dostanie się pod maskę jego mechanizmu — głównej sprężyny zegara biologicznego, który sprawia, że ​​tykamy. Podobnie jak wiele procesów życiowych, okazuje się, że jest to autonomiczna pętla ujemnego sprzężenia zwrotnego. I wczoraj też nie został zidentyfikowany.

Historia zaczęła się w 1984 roku, kiedy Hall i Rosbash wyizolowali „gen okresu”, co było wówczas trudnym przedsięwzięciem. Kiedy w 2012 roku zdobyli nagrodę Canada Gairdner International Prize za swoją pracę, Hall ujawnił, że kolega zauważył, że po raz pierwszy wyizolowano gen związany z pojedynczą funkcją. W 1990 r. odkryto, że mRNA wypisany z genu wysunął się z jądra komórki i zsyntetyzował „białko okresu”, które powróciło do jądra i zablokowało „gen okresu”, uniemożliwiając dalszą produkcję. Cykl rozpoczął się ponownie, gdy częstotliwość występowania białka okresu spadła. Sekwencja włącz-wyłącz wytworzyła 24-godzinną falę zatokową w poziomach białka, odpowiadającą dniowi i nocy. To tykanie zegara, które napędza rytm dobowy.

Jednak chociaż rytm jest endogenny, można go skorygować. Wydaje się, że większość komórek w ciele ma to i łączą się z zegarem biologicznym w ośrodkowym układzie nerwowym, gdy przesuną się w fazie, w taki sposób, w jaki komputery podłączone do Internetu synchronizują swoje zegary z uniwersalnymi serwerami czasu. Dodatkowo bodźce sensoryczne, takie jak światło dzienne, synchronizują cały system ze światem. Całkowicie niewidoma osoba ma działający rytm dobowy, ale w przypadku braku zewnętrznej korekty lub „wspomagania” może być poza fazą ze światem.

Osoby z zaburzeniami snu mogą mieć podobne problemy — rytm dobowy, który jest nieco niezgodny ze światem zewnętrznym. Jet lag to katastrofalny problem fazy, w którym godziny cierpiących nie są zsynchronizowane ze światem i prawdopodobnie będą w stanie zamieszania, dopóki zewnętrzne sygnały nie zresetują zegar ciała. Dlatego zaleca się jak najszybsze śledzenie cyklu snu w miejscu docelowym.

W ostatnich latach medycyna zajęła się peryferiami okołodobowego systemu regulacyjnego. Stosowanie melatoniny, hormonu odpowiedzialnego za sen wydzielanego przez szyszynkę, stało się modą i przepisuje się ją w celu radzenia sobie z jet lagiem i bezsennością. Docenia się znaczenie chronobiologii, zapoczątkowanej przez badaczy takich jak Mairan, i można odkryć korelacje między czasem podawania leków a ich skutecznością. Zaburzenia stylu życia, takie jak cukrzyca i choroby układu krążenia, są związane z zaburzeniami rytmu dobowego. I istnieje obawa o efekty metaboliczne zawodów, które siłą odbiegają od normalnego rytmu dobowego — załogi linii lotniczych są zagrożone, a biznes call center może trwale odwrócić dzień i noc pracownika.

Są to zaangażowania peryferyjne, ale zrozumienie głównego mechanizmu zegara biologicznego może pozwolić na głębsze interwencje. I chociaż prace Halla, Rosbasha i Younga są na poziomie wewnątrzkomórkowym, powinny one prowadzić do lepszego zrozumienia, jak współpracują ze sobą miliony zegarów w ciele. W końcu może pomóc całkowicie rozwikłać tajemnice wznoszącego się siateczkowatego układu aktywacyjnego, struktury w pniu mózgu, która reguluje przejście między snem a czuwaniem, uważa się za siedlisko świadomości i ze spokojem odpowiada na najbardziej podstawowe ludzkie pytanie. zapewnienie: istnieję.

Jeffrey C Hall, 72

Uzyskał stopień doktora w 1971 na Uniwersytecie Waszyngtońskim w Seattle, był stażem podoktoranckim w Caltech, 1971-73, dołączył do Brandeis University w Waltham w 1974, związał się z University of Maine w 2002

Michael Rosbash, 73

Stopień doktora uzyskał w 1970 r. na MIT i przez następne trzy lata był stażem podoktorskim na Uniwersytecie Edynburskim w Szkocji. Od 1974 jest wykładowcą na Brandeis University w Waltham, USA

Michael W Młody, 68

W 1975 roku uzyskał stopień doktora na University of Texas w Austin. W latach 1975-77 przebywał na stażu podoktorskim na Uniwersytecie Stanforda w Palo Alto. Od 1978 jest wykładowcą na Uniwersytecie Rockefellera w Nowym Jorku

ALFRED NOBEL: Człowiek stojący za nagrodą

Alfred Nobel, szwedzki chemik, inżynier, wynalazca, biznesmen i filantrop, urodził się w Sztokholmie 21 października 1833 roku. W 1867 roku, pod koniec kilkuletnich eksperymentów z chemiczną nitrogliceryną, Nobel opatentował dynamit, który zrewolucjonizował górnictwo i inżynierię lądową w 19-stym wieku. Kontynuował pracę nad technologią materiałów wybuchowych i innymi wynalazkami chemicznymi, a do czasu swojej śmierci w 1896 r. miał 355 patentów. Nobel założył i był właścicielem wielu firm, w tym od 1894 roku do śmierci Boforsa.

27 listopada 1895 r. Nobel podpisał swój trzeci i ostatni testament, w którym zostawił znaczną część swojego majątku na założenie funduszu, od którego odsetki będą corocznie rozdzielane w formie nagród tym, którzy w ciągu poprzedniego roku , przyniesie ludzkości największe korzyści.

Podziel Się Z Przyjaciółmi: