Biologický rytmus ovplyvňuje jediný gén, odhalili laureáti Nobelovej ceny

10. okt. 2017 • Lekárske vedy

Biologický rytmus ovplyvňuje jediný gén, odhalili laureáti Nobelovej ceny

Objav, za ktorý bola udelená tohtoročná Nobelova cena za Fyziológiu/Medicínu je dôležitý tým, že na jednoduchom biologickom modeli, vínnej muške alebo drozofile bolo ukázané, že komplexný biologický proces, rytmus pohybovej aktivity, je ovplyvniteľný jedným génom. „Rytmická expresia tohto per (period) génu determinuje, či denný cyklus pohybovej aktivity, a teda aj spánku a bdenia trvá napr. len 22 alebo až 26 hodín. Optimálne trvanie tohto cirkadiánneho rytmu je približne 24 hod. (preto cirka = približne) a dies (deň). Táto dĺžka je optimálna, lebo sa blíži k 24 hodinovej perióde, ktorá je determinovaná otáčaním Zeme okolo svojej osi. Zistenie, že expresia jedného génu môže determinovať tak komplexný proces, ako je rytmus spánku a bdenia, resp. aktivity a odpočinku, bolo tak fascinujúce, že inšpirovalo vedcov na celom svete, aby podrobnejšie študovali tento molekulárny mechanizmus u laboratórnych cicavcov a človeka,“ vysvetľuje prof. RNDr. Michal Zeman, DrSc. Tento vedec, biológ a fyziológ z Katedry živočíšnej fyziológie a etológie Prírodovedeckej fakulty Univerzity Komenského v Bratislave sa u nás venuje výskumu cirkadiánnych rytmov a expresii hodinových génov, ako aj dôsledkom narušenia časovej organizácie na vznik civilizačných chorôb.

Laureátov Nobelovej ceny za fyziológiu alebo medicínu, ktorými sa stali americkí vedci Jeffrey C. Hall, Michael Rosbash and Michael W. Young, prof. RNDr. Michal Zeman, DrSc. pozná z konferencií o biologických rytmoch a v prvom rade im čo najsrdečnejšie blahoželá.

Karolínsky inštitút v Štokholme (The Nobel Assembly at Karolinska Institutet) vyhlásil tieto mená v pondelok 2. 10. 2017. Porota ich vybrala z dôvodu, že sa im podarilo ozrejmiť, ako fungujú biologické hodiny rastlín aj živočíchov. Potvrdili tým dôležitosť správnej hygieny spánku.

Ako uvádza Karolínsky inštitút, život na Zemi je prispôsobený rotácii našej planéty. „Už mnoho rokov vieme, že živé organizmy, vrátane ľudí, majú interné biologické hodiny, ktoré im pomáhajú predvídať a prispôsobovať sa bežnému rytmu dňa. Ale ako tieto hodiny skutočne fungujú? Jeffrey C. Hall, Michael Rosbash a Michael W. Young boli schopní pozrieť sa do našich biologických hodín a objasniť ich vnútorné fungovanie. Ich objavy vysvetľujú, ako rastliny, zvieratá a ľudia prispôsobujú svoj biologický rytmus tak, aby bol synchronizovaný so zemskými revolúciami,“ konštatoval Karolínsky inštitút v tlačovej správe k udeleniu Nobelovej ceny za fyziológiu alebo medicínu.

Aký je hlavný prínos objavu podľa slovenského odborníka v tejto oblasti? Uvádza, že je to najmä inšpirácia pre ďalší výskum, pričom objavený mechanizmus je platný pre všetky živočíchy, ale aj rastliny či jednobunkové organizmy. „Je zaujímavé, že medzi živočíchmi a rastlinami sa gény podstatne líšia, ale pri všetkých živočíchov sú organizované na rovnakom princípe. Až na to, že fylogenetickým vývojom sa mechanizmus zdokonaľoval a stával sa zložitejším. Človek má až 3 homológy period génu (per1, 2, a 3) v porovnaním s jedným pri hmyze. Tieto sa môžu navzájom vo veľkej miere zastupovať, a teda fungovanie biologických hodín je stabilnejšie a nemôže byť narušené mutáciou v jednom z nich. Pri výskume objavených mechanizmov u cicavcov a človeka sa takto objavili nové gény, ktoré pri hmyze nepoznáme a ktoré prispievajú k stabilite biologických hodín. Navyše môžu mať aj nové funkcie, dôležité z hľadiska riadenia imunitného systému, a teda aj odolnosti oproti ochoreniam.“

Interné biologické hodiny. Listy rastliny mimózy sa otvárajú k slnku počas dňa, ale sú zatvorené pri súmraku (horná časť). Počas 18. storočia ju študoval astronóm Jean Jacques d'Ortous de Mairan a umiestnil rastlinu do stálej tmy (v dolnej časti). Zistil, že listy naďalej sledujú svoj normálny denný rytmus, a to aj bez výkyvov denného svetla. 

Stále je ale ešte mnoho toho, čo treba v tejto oblasti skúmať. V súčasnom období je podľa prof. RNDr. Michala Zemana, DrSc. najzaujímavejšia aplikácia poznatkov o generovaní cirkadiánnych rytmov do pochopenia rytmických zmien fyziologických procesov a správania v normálnych podmienkach a v chorobe. „Jeden z najprominentnejších žijúcich chronobiológov, prof. Michael Menaker z USA, to charakterizoval ako ´tretiu chronobiologickú revolúciu´, pričom popísanie mechanizmu generovania biologických rytmov považoval za druhú chronobiologickú revolúciu. Takto zamerané štúdium je potrebné o to viac, že prirodzené striedanie svetla a tmy tu bolo prítomné počas celej evolúcie života a človeka na Zemi.“

Podľa nášho vedca je narušované až v posledných desaťročiach, s objavom svetelných zdrojov s vysokou intenzitou a životným štýlom používania televízorov, počítačov a mobilov v noci. „Zatiaľ netušíme, aké negatívne dôsledky narušenie prirodzeného cyklu svetlo – tma, napríklad svetelnou kontamináciou prostredia, môže mať. Táto sa však za posledných 20 rokov zvýšila 30-krát a 90 % občanov Európskej únie žije v oblastiach, v ktorých sú vystavení určitej intenzite rušivého svetla v noci a reálne predpovede sú ešte hrozivejšie. Dúfam, že udelenie Nobelovej ceny bude iniciovať rozsiahly výskum dôsledkov narušenia prirodzených cyklov v prostredí a prispeje k zlepšeniu pohody a zdravia ľudí.“ 

Tohtoroční laureáti Nobelovej ceny použitím ovocných mušiek ako modelového organizmu izolovali gén, ktorý riadi bežný denný biologický rytmus. Ukázali, že tento gén kóduje proteín, ktorý sa nahromadí v bunke počas noci a potom sa degraduje počas dňa. Následne identifikovali ďalšie proteínové zložky tohto systému a odhalili mechanizmus riadiaci samočinný strojček vnútri bunky. „Teraz rozpoznávame, že biologické hodiny fungujú rovnakými princípmi v bunkách mnohobunkových organizmov, vrátane ľudí,“ vyhlásil Karolínsky inštitút.

Ocenení vedci odhalili, že molekulárne mechanizmy ovládajú takzvané cirkadiánne rytmy. Vyplývajú z vnútorných hodín tvorov, ich denných a nočných cyklov a optimalizujú fungovanie a správanie sa živých organizmov. Sú základnou výbavou všetkých životných foriem na planéte – od jednobunkových baktérií, cez prvokov, huby, rastliny až po živočíchy. Riadia otáčanie rastlín za svetlom a ich nočné uzatváranie, v prípade človeka kontrolujú okrem iného spánok, krvný tlak, telesnú teplotu alebo uvoľňovanie hormónov.

Prof. RNDr. Michal Zeman, DrSc. ešte pripomenul, že vedci zaoberajúci sa výskumom biologických rytmov boli aj v minulosti opakovane nominovaní na Nobelovu cenu. „Som veľmi rád, že sa to konečne podarilo. Preto želám nielen im, ale aj všetkým vedcom, ktorí študujú cirkadiánne rytmy a ich dôsledky na organizmy a človeka, aby mali dostatok inšpirácie a entuziazmu, aby zužitkovali doterajší výskum pre odhalenie a pochopenie nových súvislostí od molekulárnej úrovne až po sociálno-biologické procesy,“ uzavrel.

Viac informácií o Nobelovej cene za medicínu a fyziológiu 2017

*********************************************

Minulý rok bola Karolínskym inštitútom v Štokholme (The Nobel Assembly at Karolinska Institutet) ocenená práca japonského vedca menom Yoshinori Ohsumi – mechanizmy autofágie, pričom experimenty robil na kvasinkách.

Význam objavu tohto vedca spočíva v tom, že preskúmal základný proces rozkladu a recyklácie bunkových zložiek. Vďaka tomu bude možné ľahšie pochopiť a liečiť aj také ochorenia ako napríklad Parkinsonovu chorobu, cukrovku či rakovinu. Pri nich totiž býva narušený autofágny alebo „samojedací“ bunkový proces – bunky sa rozkladajú a recyklujú časť svojho obsahu.

„Ohsumiho objavy viedli k novej paradigme v našom chápaní toho, ako bunka recykluje svoj obsah. Jeho objavy tak otvorili cestu k pochopeniu zásadného významu autofágie v mnohých fyziologických procesoch, ako napríklad v adaptácii na hladovanie alebo ako odpoveď na infekciu. Mutácie v autofágnych génoch môžu vyvolať ochorenia; autofágny proces je tak napríklad zahrnutý v rámci niekoľkých podmienok vytvárania rakoviny či neurologických ochorení,“ uviedol vo svojom vyhlásení Karolínsky inštitút v Štokholme.

Informácie o minuloročnom laureátovi na portáli VEDA NA DOSAH

 

Komentáre poskytol: prof. RNDr. Michal Zeman, DrSc. (viac o výskume prof. Zemana)

Zdroj: uvedené webové odkazy v článku

Spracovala: Slávka Cigáňová (Habrmanová), NCP VaT pri CVTI SR

Ilustračné foto: Pixabay.com

Uverejnila: VČ

Súvisiace:

Hore
Publikácie Veda v CENTRE
QUARK
Aurelium - centrum vedy
CVTI SR 80. výročie
Prechod VK na VND - jeseň
TVT 2018
kúpa časopisov jún 2016
Bratislavská vedecká cukráreň
Atmosféra počas TVT 2018
TVT 2018 články
TAG Rozhovor
TAG Publikácia
TAG Zaujímavosti vo vede
TAG Centrum vedy
TAG Mládež
TAG QUARK
TAG Ženy vo vede
TAG Slovenská veda
TAG História
TAG Spektrum vedy
banner záhrady
Zaujímavosti vo vede
Šálku čaju je možné uvariť aj šliapaním na bicykli
Zistite viac