Kehidupan di Bumi mematuhi irama yang menetapkan putaran planet mengelilingi dirinya dan mengelilingi Matahari. Kebanyakan organisma hidup mempunyai "jam" dalaman - mekanisme yang membolehkan mereka hidup mengikut irama ini. Hall, Rosbash dan Young melihat ke dalam sangkar dan melihat bagaimana jam biologi berfungsi.
Lalat Drosophila berfungsi sebagai organisma model. Pakar genetik telah berjaya mengenal pasti gen yang mengawal rentak kehidupan serangga. Ternyata ia menyandikan protein yang terkumpul dalam sel pada waktu malam dan perlahan-lahan digunakan pada siang hari. Kemudian, beberapa lagi protein ditemui yang terlibat dalam pengawalan irama sirkadian. Kini jelas kepada ahli biologi bahawa mekanisme mengawal rutin harian adalah sama dalam semua organisma hidup, daripada tumbuhan kepada manusia. Mekanisme ini mengawal aktiviti, tahap hormon, suhu badan dan metabolisme, yang berbeza-beza bergantung pada masa hari. Sejak penemuan Hall, Rosbash dan Young, banyak data telah muncul tentang bagaimana penyimpangan mendadak atau berterusan dalam gaya hidup dari sesuatu " jam biologi» mungkin berbahaya kepada kesihatan.
Bukti pertama bahawa makhluk hidup mempunyai "rasa masa" muncul pada abad ke-18: kemudian naturalis Perancis Jean Jacques d'Hortu de Mairan menunjukkan bahawa mimosa terus membuka bunga pada waktu pagi dan menutup pada waktu petang, walaupun berada dalam gelap sepanjang masa. Kajian lanjut menunjukkan bahawa bukan sahaja tumbuhan merasakan masa dalam sehari. tetapi juga haiwan, termasuk manusia. Perubahan berkala dalam penunjuk fisiologi dan tingkah laku pada siang hari dipanggil irama sirkadian - dari lat. sekitar- bulatan dan mati- hari.
Pada 70-an abad yang lalu, Seymour Benzer dan pelajarnya Ronald Konopka menemui gen yang mengawal irama sirkadian dalam Drosophila dan menentukan tempohnya. Pada tahun 1984, Jeffrey Hall dan Michael Rosbash, bekerja di Universiti Brandelis di Boston, dan Michael Young di Universiti Rockefeller New York, mengasingkan gen tempoh, dan kemudian Hall dan Rosbash mengetahui apakah protein yang dikodkan olehnya, PER, lakukan—dan ia terkumpul di dalam sel pada waktu malam dan dihabiskan sepanjang hari, jadi anda boleh menilai masa siang dengan kepekatannya.
Sistem ini, seperti yang dicadangkan oleh Hall dan Rosbash, mengawal dirinya sendiri: protein PER menyekat aktiviti gen period, jadi sintesis protein berhenti sebaik sahaja jumlahnya terlalu banyak, dan disambung semula apabila protein dimakan. Apa yang tinggal adalah untuk menjawab persoalan bagaimana protein masuk ke dalam nukleus sel - lagipun, hanya di sana ia boleh mempengaruhi aktiviti gen.
Pada tahun 1994, Young menemui gen kedua yang penting untuk irama sirkadian, abadi, yang mengekod protein TIM, yang membantu protein PER melintasi membran nuklear dan menyekat gen period. Gen lain dua kali, ternyata bertanggungjawab untuk protein DBT, yang memperlahankan pengumpulan protein PER - supaya kitaran sintesis dan jeda di antara mereka berlangsung selama 24 jam. Pada tahun-tahun berikutnya, banyak gen dan protein lain ditemui - bahagian mekanisme halus "jam biologi", termasuk yang membolehkan anda "menggulung tangan" - protein yang aktivitinya bergantung pada pencahayaan.
Irama sirkadian mengawal selia yang paling banyak aspek yang berbeza kehidupan badan kita, termasuk tahap genetik: Sesetengah gen lebih aktif pada waktu malam, sebahagian lagi pada siang hari. Terima kasih kepada penemuan pemenang 2017, biologi irama sirkadian telah menjadi disiplin saintifik; berpuluh-puluh ditulis setiap tahun karya ilmiah tentang cara "jam biologi" berfungsi jenis yang berbeza, termasuk manusia.
Jadi, bagi mereka yang melakukan sains atau bercakap dan menulis tentangnya, minggu yang paling penting dalam setahun telah tiba. Secara tradisinya, pada minggu pertama bulan Oktober, Jawatankuasa Nobel mengumumkan pemenang Hadiah Nobel. Dan secara tradisinya, kami adalah yang pertama mengenali pemenang hadiah dalam fisiologi atau perubatan (ya, atas sebab tertentu dalam bahasa Rusia kesatuan ini telah berubah menjadi "dan", tetapi dengan betul - sama ada satu atau yang lain).
Pada tahun 2017, Institut Karolinska, yang menganugerahkan hadiah ini, mengejutkan semua orang. Bukan rahsia lagi bahawa ramai pakar dan agensi membuat ramalan dan ramalan tentang pemenang. Tahun ini, buat pertama kalinya, agensi Clarivate Analytics, yang berpisah daripada agensi Thomson Reyters, membuat ramalan. Dalam bidang perubatan, mereka meramalkan kemenangan untuk Lewis Cantlie untuk penemuan protein yang bertanggungjawab untuk perkembangan kanser dan diabetes, Karl Friston untuk teknik neuroimaging, dan pasangan Yuan Chan dan Patrick Moore untuk penemuan virus herpes. yang menyebabkan sarkoma Kaposi.
Walau bagaimanapun, tanpa diduga untuk semua orang, tiga orang Amerika menerima hadiah (yang sama sekali tidak dijangka) untuk penemuan itu mekanisme molekul irama sirkadian - jam molekul dalaman manusia, haiwan dan tumbuhan. Ya, hampir semua makhluk hidup. Perkara yang sama yang dipanggil bioritma.
Apakah yang ditemui oleh Michael Young dari Universiti Rockefeller di New York, Michael Rosbash dari Universiti Brandeis dan Jeffrey Hall dari Universiti Maine?
Sebagai permulaan, katakan bahawa mereka TIDAK menemui irama sirkadian (dari bahasa Latin circa - sekitar dan diem - hari). Petunjuk pertama ini muncul pada zaman dahulu (dan tidak menghairankan, kita semua terjaga pada siang hari dan tidur pada waktu malam). Gen yang bertanggungjawab untuk operasi jam dalaman juga tidak ditemui oleh wira kita. Siri eksperimen ini telah dijalankan ke atas lalat buah oleh Seymour Benzer dan Ronald Konopka. Mereka dapat menemui lalat mutan di mana tempoh irama sirkadian bukanlah 24 jam, seperti yang hidup di alam semula jadi (atau seperti manusia), tetapi 19 atau 29 jam, atau tiada irama sirkadian diperhatikan sama sekali. Merekalah yang menemui gen tempoh, yang "memerintah" irama. Tetapi malangnya, Benzer meninggal dunia pada 2007, Konopka pada 2015, tanpa menunggu Hadiah Nobelnya. Ini sering berlaku dalam sains.
Jadi, gen tempoh itu sendiri, atau PER, mengodkan protein PER, yang menjalankan orkestra irama sirkadian. Tetapi bagaimana dia melakukan ini, dan bagaimana sifat kitaran semua proses dicapai? Hall dan Rosbash mencadangkan hipotesis mengikut mana protein PER memasuki nukleus sel dan menyekat kerja gennya sendiri (seperti yang kita ingat, gen hanyalah arahan untuk pemasangan protein. Satu gen - satu protein). Tetapi bagaimana ini berlaku? Jeffrey Hall dan Michael Rosbash menunjukkan bahawa protein PER terkumpul dalam nukleus sel semalaman dan digunakan pada siang hari, tetapi mereka tidak memahami bagaimana ia berjaya sampai ke sana. Dan kemudian pemenang ketiga, Michael Young, datang untuk menyelamatkan. Pada tahun 1994, dia menemui satu lagi gen, abadi, yang juga mengekod protein - TIM. Young yang menunjukkan bahawa PER boleh memasuki nukleus sel hanya dengan menggabungkan dengan protein TIM.
Jadi, mari kita ringkaskan penemuan pertama: Apabila gen tempoh aktif, apa yang dipanggil RNA messenger protein PER dihasilkan dalam nukleus, yang, sebagai model, akan menghasilkan protein dalam ribosom. RNA utusan ini keluar dari nukleus ke dalam sitoplasma, menjadi templat untuk penghasilan protein PER. Kemudian gelung ditutup: protein PER terkumpul dalam nukleus sel apabila aktiviti gen tempoh disekat. Young terus menemui satu lagi gen, doubletime, yang mengekod protein DBT, yang boleh "menala" pengumpulan protein PER, mengalihkannya dalam masa. Disebabkan ini, kita boleh menyesuaikan diri dengan perubahan dalam zon waktu dan tempoh siang dan malam. Tetapi - jika kita menukar siang ke malam dengan cepat, tupai tidak dapat bersaing dengan jet, dan jet lag berlaku.
Perlu diingat bahawa anugerah 2017 adalah anugerah pertama dalam 117 tahun yang dalam beberapa cara berkaitan dengan kitaran tidur-bangun. Sebagai tambahan kepada penemuan Benzer dan Konopka, penyelidik lain tentang irama sirkadian dan proses tidur tidak menerima anugerah mereka, seperti salah seorang pengasas kronobiologi Patricia DeCorsi, penemu fasa tidur "cepat" Eugene Azerinsky, salah seorang daripada bapa somnologi Nathaniel Kleitman... Jadi apa yang boleh kita panggil semasa Keputusan Jawatankuasa Nobel adalah penting untuk semua orang yang bekerja di kawasan ini.
Pada 2017, Hadiah Nobel dalam Perubatan telah dianugerahkan kepada tiga saintis Amerika yang menemui mekanisme molekul yang bertanggungjawab untuk irama sirkadian - jam biologi manusia. Mekanisme ini mengawal tidur dan terjaga, fungsi sistem hormon, suhu badan dan parameter lain badan manusia, yang berubah bergantung pada masa hari. Baca lebih lanjut mengenai penemuan saintis dalam bahan RT.
Pemenang Hadiah Nobel dalam Fisiologi atau Perubatan Reuters Jonas Ekstromer
Jawatankuasa Nobel Institut Karolinska di Stockholm mengumumkan pada hari Isnin, 2 Oktober, bahawa Hadiah Nobel 2017 dalam bidang fisiologi dan perubatan yang dianugerahkan kepada saintis Amerika Michael Young, Jeffrey Hall dan Michael Rosbash untuk penemuan mereka tentang mekanisme molekul yang mengawal irama sirkadian.
"Mereka dapat masuk ke dalam jam biologi badan dan menerangkan cara ia berfungsi," kata jawatankuasa itu.
Irama sirkadian ialah turun naik kitaran dalam pelbagai fisiologi dan proses biokimia dalam badan yang berkaitan dengan perubahan siang dan malam. Hampir setiap organ tubuh manusia mengandungi sel yang mempunyai mekanisme jam molekul individu, dan oleh itu irama sirkadian mewakili kronometer biologi.
Menurut keluaran dari Institut Karolinska, Young, Hall dan Rosbash dapat mengasingkan gen dalam lalat buah yang mengawal pembebasan protein khas bergantung pada masa hari.
"Oleh itu, saintis dapat mengenal pasti sebatian protein yang terlibat dalam operasi mekanisme ini dan memahami kerja mekanik bebas fenomena ini dalam setiap sel individu. Kita kini tahu bahawa jam biologi berfungsi pada prinsip yang sama dalam sel-sel lain organisma multisel, termasuk orang ramai,” kata jawatankuasa yang menganugerahkan hadiah itu dalam satu kenyataan.
- Drosophila terbang
- globallookpress.com
- imagebroker/Alfred Schauhuber
Kehadiran jam biologi dalam organisma hidup telah ditubuhkan pada akhir abad yang lalu. Mereka terletak di dalam nukleus suprachiasmatic yang dipanggil hipotalamus otak. Nukleus menerima maklumat tentang tahap cahaya daripada reseptor pada retina dan menghantar isyarat kepada organ lain menggunakan impuls saraf dan perubahan hormon.
Di samping itu, beberapa sel nuklear, seperti sel-sel organ lain, mempunyai jam biologi mereka sendiri, kerja yang dipastikan oleh protein yang aktivitinya berubah bergantung pada masa hari. Aktiviti protein ini menentukan sintesis ikatan protein lain, yang menjana irama sirkadian dalam kehidupan sel individu dan keseluruhan organ. Contohnya, berada di dalam rumah dengan pencahayaan terang pada waktu malam boleh mengalihkan irama sirkadian, mengaktifkan sintesis protein Gen PER, biasanya bermula pada waktu pagi.
Hati juga memainkan peranan penting dalam irama sirkadian dalam mamalia. Sebagai contoh, tikus seperti tikus atau tikus adalah haiwan malam dan makan dalam gelap. Tetapi jika makanan hanya tersedia pada siang hari, kitaran sirkadian hati mereka berubah sebanyak 12 jam.
Irama kehidupan
Irama sirkadian ialah perubahan harian dalam aktiviti badan. Mereka termasuk peraturan tidur dan terjaga, pembebasan hormon, suhu badan dan parameter lain yang berubah mengikut irama sirkadian, jelas ahli somnologi Alexander Melnikov. Beliau menyatakan bahawa penyelidik telah berkembang ke arah ini selama beberapa dekad.
“Pertama sekali, perlu diingatkan bahawa penemuan ini bukan semalam atau hari ini. Kajian-kajian ini telah dijalankan selama beberapa dekad - dari 80-an abad yang lalu hingga sekarang - dan memungkinkan untuk menemui salah satu mekanisme mendalam yang mengawal sifat tubuh manusia dan makhluk hidup lain. Mekanisme yang ditemui saintis adalah sangat penting untuk mempengaruhi irama sirkadian badan, "kata Melnikov.
- pixabay.com
Menurut pakar, proses ini berlaku bukan sahaja disebabkan oleh perubahan siang dan malam. Walaupun dalam keadaan malam kutub, irama sirkadian akan terus beroperasi.
"Faktor-faktor ini sangat penting, tetapi selalunya ia terjejas pada manusia. Proses ini dikawal pada peringkat gen, yang telah disahkan oleh pemenang anugerah. Pada masa kini, orang sering menukar zon waktu dan terdedah kepada pelbagai tekanan dikaitkan dengan perubahan mendadak irama sirkadian. Irama tegang kehidupan moden boleh menjejaskan peraturan dan peluang yang betul untuk seluruh badan,” kata Melnikov. Beliau yakin penyelidikan Young, Hall dan Rosbash memberi peluang untuk membangunkan mekanisme baharu untuk mempengaruhi irama tubuh manusia.
Sejarah anugerah
Pengasas hadiah itu, Alfred Nobel, dalam wasiatnya mempercayakan pemilihan pemenang dalam fisiologi dan perubatan kepada Institut Karolinska di Stockholm, yang diasaskan pada tahun 1810 dan salah satu yang terkemuka dalam bidang pendidikan dan saintifik. pusat perubatan kedamaian. Jawatankuasa Nobel universiti itu terdiri daripada lima ahli tetap, yang seterusnya, berhak menjemput pakar untuk berunding. Terdapat 361 nama dalam senarai calon untuk anugerah tahun ini.
Hadiah Nobel dalam Perubatan telah dianugerahkan sebanyak 107 kali kepada 211 saintis. Pemenang pertamanya adalah pada tahun 1901 doktor Jerman Emil Adolf von Behring, yang membangunkan kaedah imunisasi terhadap difteria. Jawatankuasa Institut Karolinska menganggap hadiah paling penting ialah hadiah 1945 yang dianugerahkan kepada saintis British Fleming, Cheyne dan Florey untuk penemuan penisilin. Beberapa anugerah telah menjadi tidak relevan dari semasa ke semasa, seperti anugerah yang diberikan pada tahun 1949 untuk pembangunan kaedah lobotomi.
Pada 2017, jumlah bonus dinaikkan daripada 8 juta kepada 9 juta kronor Sweden (kira-kira $1.12 juta).
Upacara anugerah itu secara tradisinya akan berlangsung pada 10 Disember, hari kematian Alfred Nobel. Hadiah dalam bidang fisiologi dan perubatan, fizik, kimia dan kesusasteraan akan diberikan di Stockholm. Hadiah Keamanan, mengikut wasiat Nobel, dianugerahkan pada hari yang sama di Oslo.
Ikut kami