Jinsi wanavyofanya kazi Saa ya kibaolojia mwili. Kwa nini Tuzo ya Nobel ya Tiba ilitolewa mnamo 2017?
Jeffrey Hall, Michael Rozbash na tovuti ya Michael Young
Wanasayansi watatu wa Amerika walishiriki juu zaidi tuzo ya kisayansi kwa ajili ya utafiti wa utaratibu wa uendeshaji saa ya ndani katika viumbe hai
Uhai Duniani hubadilika kulingana na mzunguko wa sayari yetu kuzunguka Jua. Kwa miaka mingi tumejua kuhusu kuwepo ndani ya viumbe hai, ikiwa ni pamoja na wanadamu, kwa saa za kibiolojia ambazo husaidia kutarajia na kukabiliana na mdundo wa circadian. Lakini saa hii inafanya kazi vipi hasa? Wanajenetiki wa Marekani na chronobiologists waliweza kuangalia ndani ya utaratibu huu na kutoa mwanga juu ya kazi yake iliyofichwa. Ugunduzi wao unaelezea jinsi mimea, wanyama na watu wanavyobadilika midundo ya kibiolojia kusawazisha na mzunguko wa kila siku wa mzunguko wa Dunia.
Kwa kutumia nzi wa matunda kama viumbe vya majaribio, washindi wa Tuzo ya Nobel 2017 walitenga jeni inayodhibiti mdundo wa kawaida wa circadian katika viumbe hai. Pia walionyesha jinsi jeni hili husimba protini ambayo hujilimbikiza kwenye seli usiku na kuvunjika wakati wa mchana, na hivyo kuilazimisha kudumisha mdundo huu. Baadaye waligundua vijenzi vya ziada vya protini ambavyo vinadhibiti utaratibu wa saa inayojiendesha yenyewe ndani ya seli. Na sasa tunajua kuwa saa ya kibaolojia hufanya kazi kulingana na kanuni sawa ndani ya seli moja na ndani ya viumbe vingi vya seli, kama vile wanadamu.
Shukrani kwa usahihi wa kipekee, saa yetu ya ndani inabadilisha fiziolojia yetu kwa awamu tofauti za mchana - asubuhi, alasiri, jioni na usiku. Saa hii inasimamia sana kazi muhimu, kama vile tabia, viwango vya homoni, usingizi, joto la mwili na kimetaboliki. Ustawi wetu unateseka wakati utenganisho unatokea mazingira ya nje na saa ya ndani. Mfano ni kile kinachoitwa jet lag, ambayo hutokea kati ya wasafiri wanaohama kutoka eneo la wakati mmoja hadi jingine, na kisha kwa muda mrefu hawawezi kukabiliana na mabadiliko ya mchana na usiku. Wanalala wakati wa mchana na hawawezi kulala wakati wa giza. Leo pia kuna ushahidi mwingi kwamba kutofautiana kwa muda mrefu kati ya mtindo wa maisha na biorhythms asili huongeza hatari ya magonjwa mbalimbali.
Saa yetu ya ndani haiwezi kudanganywa
Jaribio la Kamati ya Nobel ya Jean-Jacques d'Hortois de Mairan
Viumbe hai vingi hubadilika waziwazi kwa mabadiliko ya kila siku mazingira. Mmoja wa wa kwanza kuthibitisha kuwepo kwa mabadiliko hayo katika karne ya 18 alikuwa mwanaastronomia Mfaransa Jean-Jacques d'Ortois de Mairan. Aliona kichaka cha mimosa na kugundua kwamba majani yake yanageuka kufuata jua wakati wa mchana na kufunga saa. jua kutua.Mwanasayansi alijiuliza nini kingetokea ikiwa mmea ungekuwa katika giza daima?Baada ya kufanya jaribio rahisi, mtafiti aligundua kwamba, bila kujali uwepo. mwanga wa jua, majani ya mimosa ya majaribio yanaendelea kufanya harakati zao za kawaida za kila siku. Kama inageuka, mimea ina saa yao ya ndani.
Zaidi masomo ya baadaye imethibitisha kuwa sio mimea tu, bali pia wanyama na watu wanakabiliwa na kazi ya saa za kibiolojia, ambazo husaidia kukabiliana na physiolojia yetu kwa mabadiliko ya kila siku. Marekebisho haya huitwa mdundo wa circadian. Neno linatoka Maneno ya Kilatini circa - "kuhusu" na kufa - "siku". Lakini jinsi saa hii ya kibaolojia inavyofanya kazi kwa muda mrefu imebaki kuwa siri.
Ugunduzi wa "jeni la saa"
Katika miaka ya 1970 Mwanafizikia wa Marekani, mwanabiolojia na mwanasaikolojia Seymour Benzer, pamoja na mwanafunzi wake Ronald Konopka, walichunguza ikiwa inawezekana kutenga jeni zinazodhibiti mdundo wa circadian katika nzi wa matunda. Wanasayansi waliweza kuonyesha kwamba mabadiliko katika jeni isiyojulikana kwao huharibu rhythm hii katika wadudu wa majaribio. Waliita jeni la kipindi. Lakini jeni hii iliathiri vipi mdundo wa circadian?
Washindi wa Tuzo la Nobel 2017 pia walifanya majaribio juu ya nzi wa matunda. Lengo lao lilikuwa kugundua utaratibu wa saa ya ndani. Mnamo 1984, Jeffrey Hall na Michael Rozbash, ambao walifanya kazi kwa karibu pamoja katika Chuo Kikuu cha Brandeis huko Boston, na Michael Young katika Chuo Kikuu cha Rockefeller huko New York, walifanikiwa kutenga jeni la kipindi. Hall na Rozbash waligundua kwamba protini ya PER iliyosimbwa na jeni hii hujilimbikiza kwenye seli wakati wa usiku na kuharibiwa wakati wa mchana. Kwa hivyo, kiwango cha protini hii hubadilika kwa mzunguko wa saa 24 kwa usawa na rhythm ya circadian. "Pendulum" ya saa ya ndani ya seli iligunduliwa.
Utaratibu wa saa ya kujidhibiti
Mchoro uliorahisishwa wa kazi ya protini kwenye seli ambayo inasimamia wimbo wa circadian Kamati ya Nobel.
Lengo kuu lililofuata lilikuwa kuelewa jinsi hizi oscillations za circadian zinaweza kutokea na kudumishwa. Hall na Rozbash walipendekeza kuwa protini ya PER inazuia shughuli za jeni la kipindi wakati wa mzunguko wa kila siku. Waliamini kuwa kwa msaada wa kitanzi cha kuzuia maoni Protini PER inaweza kuzuia usanisi wake mara kwa mara na hivyo kudhibiti kiwango chake katika mdundo wa mzunguko unaoendelea.
Ili kujenga mtindo huu wa ajabu, vipengele vichache tu vilikosekana. Ili kuzuia shughuli ya jeni la kipindi, protini ya PER inayozalishwa kwenye saitoplazimu italazimika kufikia kiini cha seli, ambapo nyenzo za urithi zimo. Majaribio ya Hall na Rozbash yalionyesha kuwa protini hii kweli hujilimbikiza kwenye kiini wakati wa usiku. Lakini anafikaje huko? Swali hili lilijibiwa mwaka wa 1994 na Michael Young, ambaye aligundua ufunguo wa pili wa "jeni la saa," ambalo husimba protini ya TIM muhimu kwa kudumisha mdundo wa kawaida wa circadian. Katika kazi rahisi na ya kifahari, alionyesha kwamba wakati TIM imefungwa kwa PER, protini mbili zinaweza kuingia kiini cha seli, ambapo kwa kweli huzuia jeni la kipindi kufanya kazi ili kufunga kitanzi cha maoni cha kuzuia.
Vile utaratibu wa udhibiti alielezea jinsi mabadiliko haya katika viwango vya protini za seli ilitokea, lakini haikujibu maswali yote. Kwa mfano, ilikuwa ni lazima kuanzisha kile kinachodhibiti mzunguko wa kushuka kwa kila siku. Ili kutatua tatizo hili, Michael Young alitenga jeni nyingine inayosimba protini ya DBT, ambayo inachelewesha mkusanyiko wa protini ya PER. Kwa hivyo, iliwezekana kuelewa jinsi oscillation hii inadhibitiwa ili sanjari kwa karibu iwezekanavyo na mzunguko wa saa 24.
Ugunduzi huu uliofanywa na washindi wa leo ni msingi wa kanuni muhimu za utendakazi wa saa ya kibaolojia. Baadaye, vipengele vingine vya molekuli vya utaratibu huu viligunduliwa. Wanaelezea utulivu wa uendeshaji wake na kanuni ya uendeshaji. Kwa mfano, Hall, Rozbash na Young waligundua protini za ziada zinazohitajika ili kuamsha jeni la kipindi, pamoja na utaratibu ambao mwanga wa mchana unasawazisha saa ya mwili.
Ushawishi wa midundo ya circadian kwenye maisha ya mwanadamu
Kamati ya Nobel ya wimbo wa mzunguko wa binadamu
Saa ya kibaolojia inahusika katika vipengele vingi vya fiziolojia yetu changamano. Sasa tunajua kwamba kila kitu viumbe vingi vya seli, ikiwa ni pamoja na wanadamu, hutumia mbinu sawa ili kudhibiti midundo ya circadian. Mengi ya jeni zetu zinadhibitiwa na saa ya kibayolojia, kwa hivyo mdundo wa circadian uliowekwa kwa uangalifu hurekebisha fiziolojia yetu kwa awamu tofauti za siku. Shukrani kwa kazi nzuri ya washindi watatu wa leo wa Tuzo la Nobel, baiolojia ya circadian imekua na kuwa uwanja mpana na mahiri wa utafiti unaochunguza athari za midundo ya circadian kwa afya na ustawi wetu. Na tulipokea uthibitisho mwingine kwamba bado ni bora kulala usiku, hata kama wewe ni bundi wa usiku. Ni afya zaidi.
Rejea
Geoffrey Hall- alizaliwa mnamo 1945 huko New York, USA. Udaktari alipokea mwaka 1971 kutoka Chuo Kikuu cha Washington (Seattle, Washington). Hadi 1973 alishikilia wadhifa wa profesa katika Chuo cha California Taasisi ya Teknolojia(Pasadena, California). Tangu 1974 amekuwa akifanya kazi katika Chuo Kikuu cha Brandeis (Waltham, Massachusetts). Mnamo 2002, alianza kushirikiana na Chuo Kikuu cha Maine.
Michael Rozbash- alizaliwa mnamo 1944 huko Kansas City, USA. Alimaliza udaktari wake katika Taasisi ya Teknolojia ya Massachusetts (Cambridge, Massachusetts). Kwa miaka mitatu iliyofuata alikuwa mwanafunzi wa udaktari katika Chuo Kikuu cha Edinburgh huko Scotland. Tangu 1974 amekuwa akifanya kazi katika Chuo Kikuu cha Brandeis (Waltham, Massachusetts).
Michael Young- alizaliwa mnamo 1949 huko Miami, USA. Alimaliza masomo yake ya udaktari katika Chuo Kikuu cha Texas (Austin, Texas) mnamo 1975. Hadi 1977, alimaliza masomo ya udaktari katika Chuo Kikuu cha Stanford (Palo Alto, California). Mnamo 1978 alijiunga wafanyakazi wa kufundisha Chuo Kikuu cha Rockefeller huko New York.
Tafsiri ya nyenzo za Kiswidi chuo cha kifalme Sayansi.
Tuzo ya kwanza ya Nobel mnamo 2017, ambayo kijadi hutunukiwa kwa mafanikio katika uwanja wa fiziolojia na dawa, ilienda kwa wanasayansi wa Amerika kwa ugunduzi wa utaratibu wa molekuli ambao huwapa viumbe hai wote "saa yao ya kibaolojia." Hii ndio kesi wakati juu ya umuhimu mafanikio ya kisayansi, iliyopewa tuzo ya kifahari zaidi, kwa kweli kila mtu anaweza kuhukumu: hakuna mtu ambaye hangefahamu mabadiliko ya mitindo ya kulala na kuamka. Soma kuhusu jinsi saa hii inavyofanya kazi na jinsi tulivyoweza kuelewa utaratibu wake katika nyenzo zetu.
Mwaka jana, Kamati ya Tuzo ya Nobel ya Fiziolojia au Tiba ilishangaza umma - dhidi ya usuli kuongezeka kwa riba kwa CRISPR/Cas na tuzo ya oncoimmunology kwa kina kazi ya msingi kufanywa kwa kutumia mbinu genetics ya classical na chachu ya waokaji. Wakati huu kamati tena haikufuata mwongozo wa mitindo na ilibaini kazi ya kimsingi iliyofanywa kwenye kitu cha asili zaidi cha maumbile - Drosophila. Washindi wa tuzo Jeffrey Hall, Michael Rosbash na Michael Young, wakifanya kazi na nzi, walielezea utaratibu wa molekuli msingi wa midundo ya circadian - mojawapo ya marekebisho muhimu zaidi ya viumbe vya kibiolojia kwa maisha kwenye sayari ya Dunia.
Saa ya kibaolojia ni nini?
Midundo ya circadian ni matokeo ya saa ya circadian, au kibayolojia. Saa ya kibaolojia sio mfano, lakini mlolongo wa protini na jeni, ambayo imefungwa kulingana na kanuni ya maoni hasi na hufanya mabadiliko ya kila siku na mzunguko wa takriban masaa 24 - kulingana na urefu wa siku ya dunia. Mlolongo huu ni kihafidhina kabisa kwa wanyama, na kanuni ya muundo wa saa ni sawa katika viumbe hai vyote vilivyo nao. Hivi sasa, inajulikana kwa uhakika kwamba kuna oscillator ya ndani katika wanyama, mimea, kuvu na cyanobacteria, ingawa bakteria nyingine pia huonyesha mabadiliko fulani ya rhythmic katika vigezo vya biochemical. Kwa mfano, kuwepo kwa midundo ya circadian kunadhaniwa katika bakteria zinazounda microbiome ya utumbo wa binadamu; inaonekana hudhibitiwa na metabolites mwenyeji.
Idadi kubwa viumbe vya nchi kavu Saa ya kibayolojia inadhibitiwa na mwanga - hivyo hutufanya tulale usiku na kukaa macho na kula wakati wa mchana. Wakati utawala wa mwanga unabadilika (kwa mfano, kama matokeo ya ndege ya transatlantic), wao hubadilika hali mpya. Katika wanadamu wa kisasa, wanaoishi katika hali ya taa za bandia za saa-saa, midundo ya circadian mara nyingi huvunjwa. Kulingana na wataalamu kutoka Mpango wa Kitaifa wa Madaktari wa Sumu wa Marekani, ratiba za kazi zinazobadilishwa kuwa saa za jioni na usiku zinahatarisha sana afya ya watu. Matatizo yanayohusiana na usumbufu wa midundo ya circadian ni pamoja na matatizo ya usingizi na tabia ya kula, unyogovu, kinga dhaifu, kuongezeka kwa uwezekano wa kuendeleza magonjwa ya moyo na mishipa, kansa, fetma na kisukari.
Mzunguko wa kila siku wa mwanadamu: awamu ya kuamka huanza alfajiri, wakati cortisol ya homoni inatolewa katika mwili. Matokeo ya hii ni kuongezeka shinikizo la damu na ukolezi wa juu. Uratibu bora wa harakati na wakati wa majibu huzingatiwa wakati wa mchana. Wakati wa jioni kuna ongezeko kidogo la joto la mwili na shinikizo. Mpito kwa awamu ya usingizi umewekwa na kutolewa kwa melatonin ya homoni, ambayo husababishwa na kupungua kwa asili kwa viwango vya mwanga. Baada ya usiku wa manane, awamu ya kawaida huanza usingizi mzito. Wakati wa usiku, joto la mwili hupungua na kufikia thamani yake ya chini asubuhi.
Hebu tuchunguze kwa undani muundo wa saa ya kibiolojia katika mamalia. Kituo cha amri ya juu, au "saa kuu," iko kwenye kiini cha suprachiasmatic cha hypothalamus. Habari juu ya kuangaza huingia huko kupitia macho - retina ina seli maalum zinazowasiliana moja kwa moja na kiini cha suprachiasmatic. Neuroni za kiini hiki hutoa amri kwa ubongo wote, kwa mfano, wao hudhibiti uzalishaji wa "homoni ya usingizi" ya melatonin na tezi ya pineal. Licha ya kuwepo kwa kituo kimoja cha amri, kila seli ya mwili ina saa yake mwenyewe. "Saa kuu" ndiyo hasa inayohitajika ili kusawazisha au kusanidi upya saa za pembeni.
Mchoro wa mpangilio wa mzunguko wa kila siku wa wanyama (kushoto) una awamu za kulala na kuamka, sanjari na awamu ya kulisha. Kulia inaonyesha jinsi kitanzi hiki kinatekelezwa ndani kiwango cha molekuli- kwa udhibiti mbaya wa reverse wa jeni za saa
Takahashi JS/Nat Rev Genet. 2017
Gia muhimu katika saa ni viamilisho vya unukuzi CLOCK na BMAL1 na vikandamizaji PER (kutoka kipindi) na KILIA (kutoka cryptochrome) Jozi ya CLOCK-BMAL1 huwasha usemi wa jeni zinazosimba PER (ambazo zipo tatu kwa wanadamu) na CRY (ambazo ziko mbili kwa wanadamu). Hii hutokea wakati wa mchana na inalingana na hali ya kuamka kwa mwili. Kufikia jioni, protini za PER na CRY hujilimbikiza kwenye seli, ambayo huingia kwenye kiini na kukandamiza shughuli za jeni zao wenyewe, kuingilia kati na vianzishaji. Muda wa maisha ya protini hizi ni mfupi, hivyo mkusanyiko wao hupungua haraka, na asubuhi CLOCK-BMAL1 inaweza tena kuwezesha unukuzi wa PER na CRY. Kwa hivyo mzunguko unarudia.
Jozi ya CLOCK-BMAL1 hudhibiti usemi wa zaidi ya jozi ya PER na CRY. Malengo yao pia yanajumuisha jozi ya protini zinazokandamiza shughuli za CLOCK na BMAL1 zenyewe, pamoja na vipengele vitatu vya unukuzi vinavyodhibiti jeni nyingine nyingi ambazo hazihusiani moja kwa moja na utendakazi wa saa. Mabadiliko ya rhythmic katika viwango vya protini za udhibiti husababisha ukweli kwamba kutoka asilimia 5 hadi 20 ya jeni za mamalia zinakabiliwa na udhibiti wa kila siku.
Inzi wana uhusiano gani nayo?
Karibu jeni zote zilizotajwa na utaratibu mzima kwa ujumla ulielezewa kwa kutumia mfano wa nzi wa matunda - hii ilifanywa na wanasayansi wa Marekani, ikiwa ni pamoja na washindi wa sasa wa Tuzo la Nobel: Geoffrey Hall, Michael Rosbash na Michael Young.
Maisha ya Drosophila, kuanzia hatua ya kuanguliwa kutoka kwa pupa, yanadhibitiwa madhubuti na saa ya kibaolojia. Nzi huruka, kulisha na kujamiiana wakati wa mchana tu, na "kulala" usiku. Kwa kuongezea, katika nusu ya kwanza ya karne ya ishirini, Drosophila ilikuwa kitu kikuu cha mfano kwa wataalamu wa maumbile, kwa hivyo kufikia nusu ya pili, wanasayansi walikuwa wamekusanya zana za kutosha za kusoma jeni za nzi.
Mabadiliko ya kwanza katika jeni yanayohusiana na midundo ya circadian yalielezewa mnamo 1971 katika karatasi na Ronald Konopka na Seymour Benzer, ambao walifanya kazi katika Taasisi ya Teknolojia ya California. Kupitia mutagenesis ya nasibu, watafiti walifanikiwa kupata mistari mitatu ya nzi na usumbufu wa mzunguko wa circadian: kwa nzi wengine, ilionekana kana kwamba kulikuwa na masaa 28 kwa siku (mutation). kwa L), kwa wengine - 19 ( kwa S), na nzi kutoka kwa kundi la tatu hawakuwa na tabia ya upimaji hata kidogo ( kwa 0) Mabadiliko yote matatu yalianguka katika eneo moja la DNA, ambalo waandishi waliita kipindi.
Katikati ya miaka ya 80, jeni kipindi ilitengwa kwa kujitegemea na kuelezewa katika maabara mbili - maabara ya Michael Young katika Chuo Kikuu cha Rockefeller na Chuo Kikuu cha Brandeis, ambapo Rosbash na Hall walifanya kazi. Katika siku zijazo, wote watatu hawakupoteza maslahi katika mada hii, wakisaidia utafiti wa kila mmoja. Wanasayansi wamegundua kuwa kuanzisha nakala ya kawaida ya jeni kwenye ubongo wa "arrhythmic" huruka na mabadiliko. kwa 0 hurejesha mdundo wao wa circadian. Utafiti zaidi ilionyesha kuwa nakala zinazoongezeka za jeni hili hupunguza mzunguko wa kila siku, na mabadiliko yanayosababisha kupungua kwa shughuli ya protini ya PER huirefusha.
Katika miaka ya 90 ya mapema, wafanyikazi wa Young walipokea nzi na mabadiliko isiyo na wakati (muda) Protini ya TIM imetambuliwa kama mshirika wa PER katika kudhibiti midundo ya circadian ya Drosophila. Inapaswa kufafanuliwa kuwa protini hii haifanyi kazi kwa mamalia - kazi yake inafanywa na CRY iliyotajwa hapo juu. Jozi ya PER-TIM hufanya kazi sawa katika nzi kama jozi ya PER-CRY hufanya kwa wanadamu - haswa kukandamiza unukuzi wake yenyewe. Kuendelea kuchanganua mutants arrhythmic, Hall na Rosbash waligundua jeni saa Na mzunguko- ya mwisho ni analog ya nzi ya sababu ya BMAL1 na, pamoja na protini ya CLOCK, huamsha usemi wa jeni. kwa Na muda. Kulingana na matokeo ya utafiti wao, Hall na Rosbash walipendekeza mfano wa udhibiti mbaya wa kinyume, ambao unakubaliwa kwa sasa.
Kwa kuongezea protini kuu zinazohusika katika malezi ya wimbo wa circadian, maabara ya Young iligundua jeni la "kurekebisha vizuri" saa - mara mbili(dbt), bidhaa ambayo inadhibiti shughuli za PER na TIM.
Kwa kando, inafaa kutaja ugunduzi wa protini ya CRY, ambayo inachukua nafasi ya TIM katika mamalia. Drosophila pia ina protini hii, na ilielezwa hasa katika nzi. Ilibadilika kuwa ikiwa nzi huangaziwa kabla ya giza mwanga mkali, mzunguko wao wa circadian umebadilishwa kidogo (inaonekana, hii inafanya kazi kwa njia sawa kwa watu). Washiriki wa Hall na Rosbash waligundua kuwa protini ya TIM haihisi picha na inaharibiwa haraka na hata mpigo mfupi wa mwanga. Katika kutafuta maelezo ya jambo hilo, wanasayansi waligundua mabadiliko kulia mtoto, ambayo ilighairi athari ya taa. Utafiti wa kina wa jeni la kilio cha inzi (kutoka cryptochrome) ilionyesha kuwa inafanana sana na vipokea picha vya circadian vya mimea ambayo tayari inajulikana wakati huo. Ilibadilika kuwa protini ya CRY inahisi mwanga, hufunga kwa TIM na inakuza uharibifu wa mwisho, na hivyo kuongeza muda wa awamu ya "kuamka". Katika mamalia, CRY inaonekana kufanya kazi kama TIM na sio kipokezi cha picha; hata hivyo, imeonyeshwa kwenye panya kwamba kuzima CRY, kama inzi, husababisha mabadiliko ya awamu katika mzunguko wa kulala na kuamka.
Tuzo la Nobel katika Fiziolojia au Tiba kwa 2017 iliyotolewa kwa Maprofesa wa Marekani Jeffrey Hall, Michael Rosbash na Michael Young. Walisoma utaratibu ambao unasimamia midundo ya circadian ya mwili, kinachojulikana kama saa ya rununu. Akiwatambulisha washindi hao, mtaalam wa Kamati ya Nobel alisisitiza kuwa tatizo hili lenyewe ni mbali na jipya. Huko nyuma katika karne ya 18, mwanasayansi Mfaransa alielekeza fikira kwenye maua fulani ambayo hufunguka asubuhi na kufungwa usiku. Mwanabiolojia huyo alifanya majaribio kwa kuweka maua ndani giza kamili kwa siku chache. Na walifanya kama walikuwa katika hali ya asili. Picha kama hiyo ilizingatiwa katika utafiti wa mimea na wanyama wengine. Kisha, kwa mara ya kwanza, dhana iliwekwa mbele kuhusu saa ya ndani ya viumbe hai. Asili yao ni nini?
Kila mmoja wetu anajua saa ya kawaida ni nini; tunapima wakati kwa kutumia pendulum. Lakini zinageuka kuwa karibu vitu vyote vilivyo hai vina saa yao ya ndani, na badala ya pendulum, mabadiliko ya mchana na usiku "hufanya kazi" ndani yetu, ambayo ni matokeo ya kuzunguka kwa Dunia kuzunguka mhimili wake," profesa. katika Taasisi ya Sayansi na Teknolojia ya Skolkovo na profesa katika Chuo Kikuu cha Rutgers alimwambia mwandishi wa RG. mkuu wa maabara katika Taasisi hiyo. jenetiki ya molekuli RAS na Taasisi ya Biolojia ya Jeni RAS Konstantin Severinov. - Tangu mwanzo wa maisha, vitu vyote vilivyo hai vililazimika kuzoea mabadiliko kama haya. Washa saa hizi ndogo katika kila seli ya kiumbe chochote. Na kuishi nao. Kwa mujibu wa "dalili" zao, badilisha fiziolojia yako - kukimbia, kulala, kula, na kadhalika.
Washindi wa sasa waliamua mwishoni mwa miaka ya 70 kuangalia ndani ya saa hizi na kuelewa jinsi zinavyofanya kazi. Ili kufanya hivyo, walisoma nzi wa matunda na kuchagua wadudu wenye mabadiliko ambayo mizunguko yao ya kuamka ilibadilishwa. Hebu tuseme kwamba wengine walilala bila mpangilio kabisa. Kwa njia hii, iliwezekana kutambua jeni ambazo zina jukumu la kuhakikisha kwamba mizunguko ni sahihi na imeratibiwa.
Na kisha wanasayansi waligundua asili ya Masi ya saa hizi, "anasema Severinov. - Ilibadilika kuwa jeni zilizotambuliwa hudhibiti uzalishaji wa protini fulani kwa namna ambayo hujilimbikiza usiku na kuanguka mbali wakati wa mchana. Kwa kweli, mabadiliko hayo katika mkusanyiko ni aina ya pendulum katika mwili wetu. Na kulingana na hili, jeni mbalimbali zinaamilishwa kwenye seli, ambayo hatimaye inadhibiti michakato mingi.
Kisha wanasayansi waligundua kuwa utaratibu huo huo haufanyi kazi tu kwa nzi, bali katika viumbe vyote vilivyo hai. Ilivumbuliwa kwa asili kuhesabu wakati katika mwili. Umuhimu wa vitendo ugunduzi huu ni dhahiri, tuseme, wengi matatizo ya akili kuhusishwa na usumbufu wa usingizi kwa sababu ya usumbufu katika mfumo wa mzunguko wa circadian.
Kutathmini tuzo ya tuzo hii, wataalam kadhaa tayari wamesema kwamba hii ni "tuzo shwari"; haitakuwa mlipuko katika sayansi ya ulimwengu, ikiwa tu kwa sababu ilitolewa miongo kadhaa iliyopita. Zaidi ya hayo, kazi za zamani za malipo zinakuwa mtindo. Wakati huo huo, kamati ya Nobel ilipitisha kazi ya kusisimua juu ya uhariri wa genome, ambayo ikawa mafanikio. miaka ya hivi karibuni. "Sikubaliani na maoni haya," anasema Severinov. "Uhariri wa genome utakuwa na wakati wa kupokea tuzo yake, na huu sio ugunduzi haswa, lakini badala yake. teknolojia ya urithi. Na saa ya rununu ni ya kweli, ya kina sayansi ya msingi, anaelezea jinsi ulimwengu unavyofanya kazi.
Ikumbukwe kwamba utabiri wa Thomson Reuters, ambao umekuwa ukitabiri washindi tangu 2002 na kukisia washindi mara nyingi ikilinganishwa na washindani wake, haukuwa sahihi wakati huu. Wanaweka dau kwa wanasayansi wa Marekani wanaoshughulikia matatizo ya saratani.
Sherehe ya tuzo itafanyika kwa kawaida mnamo Desemba 10, siku ya kifo cha mwanzilishi wa Tuzo za Nobel, mjasiriamali na mvumbuzi wa Uswidi Alfred Nobel (1833-1896). Tuzo la Nobel la 2017 lina thamani ya kronor milioni tisa za Uswidi (dola milioni za Kimarekani).
Jeffrey Hall alizaliwa mwaka wa 1945 huko New York na amefanya kazi katika Chuo Kikuu cha Brandeis tangu 1974. Michael Rosbash alizaliwa Kansas City na pia anafanya kazi katika Chuo Kikuu cha Brandeis.Michael Young alizaliwa mwaka wa 1945 huko Miami na anafanya kazi katika Chuo Kikuu cha Rockefeller huko New York. .
Kamati ya Nobel leo imetangaza washindi wa Tuzo la 2017 la Fiziolojia au Tiba. Mwaka huu zawadi hiyo itasafirishwa hadi Marekani tena, huku Michael Young wa Chuo Kikuu cha The Rockefeller mjini New York, Michael Rosbash wa Chuo Kikuu cha Brandeis na Jeffrey Hall wa Chuo Kikuu cha Maine wakishiriki tuzo hiyo. Kulingana na uamuzi wa Kamati ya Nobel, watafiti hawa walitunukiwa “kwa uvumbuzi wao taratibu za molekuli ambayo inadhibiti midundo ya circadian."
Ni lazima kusema kwamba katika historia nzima ya miaka 117 ya Tuzo la Nobel, hii labda ni tuzo ya kwanza ya kujifunza mzunguko wa usingizi-wake, au kwa kitu chochote kinachohusiana na usingizi kwa ujumla. Mtaalamu maarufu wa somnologist Nathaniel Kleitman hakupokea tuzo, lakini yule aliyefanikisha zaidi. ugunduzi bora katika eneo hili, Eugene Azerinsky, ambaye aligundua usingizi wa REM (REM - harakati ya jicho la haraka, awamu ya usingizi wa REM), kwa ujumla alipokea shahada ya PhD tu kwa mafanikio yake. Haishangazi kwamba katika utabiri mwingi (tunazungumza juu yao katika nakala yetu) majina yoyote na mada yoyote ya utafiti yalitajwa, lakini sio yale ambayo yalivutia umakini wa Kamati ya Nobel.
Kwa nini tuzo hiyo ilitolewa?
Kwa hivyo, ni mitindo gani ya circadian na ni nini hasa washindi waligundua, ambaye, kulingana na katibu wa Kamati ya Nobel, alisalimia habari ya tuzo hiyo kwa maneno " Je! kunitania?
Jeffrey Hall, Michael Rosbash, Michael Young
Circa diem Ilitafsiriwa kutoka Kilatini kama "siku nzima." Inatokea kwamba tunaishi kwenye sayari ya Dunia, ambapo mchana hupita usiku. Na katika mwendo wa kukabiliana na hali tofauti mchana na usiku katika viumbe, saa za kibaolojia za ndani zilionekana - midundo ya shughuli za biochemical na kisaikolojia ya mwili. Iliwezekana kuonyesha kwamba midundo hii ina asili ya ndani pekee katika miaka ya 1980, kwa kutuma uyoga kwenye obiti. Neurospora crassa. Kisha ikawa wazi kuwa midundo ya circadian haitegemei mwanga wa nje au ishara zingine za kijiografia.
Utaratibu wa kijeni wa midundo ya circadian uligunduliwa katika miaka ya 1960 na 1970 na Seymour Benzer na Ronald Konopka, ambao walisoma mistari inayobadilika ya Drosophila yenye midundo tofauti ya circadian: katika nzi wa aina ya mwitu midundo ya circadian ilikuwa na muda wa masaa 24. - Masaa 19, kwa wengine - masaa 29, na kwa wengine hakukuwa na rhythm kabisa. Ilibadilika kuwa midundo inadhibitiwa na jeni PER - kipindi. Hatua ifuatayo, ambayo ilisaidia kuelewa jinsi mabadiliko hayo katika rhythm ya circadian yanaonekana na kudumishwa, yalifanywa na washindi wa sasa.
Utaratibu wa saa ya kujidhibiti
Geoffrey Hall na Michael Rosbash walipendekeza kwamba jeni lisimbwe kipindi Protini ya PER huzuia utendakazi wa jeni yake yenyewe, na kitanzi hiki cha maoni huruhusu protini kuzuia usanisi wake yenyewe na kwa mzunguko, kudhibiti kiwango chake katika seli kwa mfululizo.
Picha inaonyesha mlolongo wa matukio katika mduara wa saa 24. Wakati jeni inafanya kazi, PER mRNA inatolewa. Inatoka kwenye kiini ndani ya saitoplazimu, na kuwa kiolezo cha utengenezaji wa protini PER. Protini ya PER hujilimbikiza kwenye kiini cha seli wakati shughuli ya jeni ya kipindi imezuiwa. Hii inafunga mzunguko wa maoni.
Mfano huo ulikuwa wa kuvutia sana, lakini vipande vichache vya fumbo vilikosekana ili kukamilisha picha. Ili kuzuia shughuli za jeni, protini inahitaji kuingia kwenye kiini cha seli, ambapo nyenzo za maumbile huhifadhiwa. Jeffrey Hall na Michael Rosbash walionyesha kuwa protini ya PER hujilimbikiza kwenye kiini mara moja, lakini hawakuelewa jinsi iliweza kufika hapo. Mnamo 1994, Michael Young aligundua jeni la pili la sauti ya circadian, isiyo na wakati(Kiingereza: "timeless"). Husimba protini ya TIM, ambayo inahitajika kwa utendakazi wa kawaida wa saa yetu ya ndani. Katika jaribio lake la kifahari, Young alionyesha kuwa ni kwa kufungana tu ndipo TIM na PER kuungana ili kuingia kwenye kiini cha seli, ambapo huzuia jeni. kipindi.
Kielelezo kilichorahisishwa cha vipengele vya molekuli ya midundo ya circadian
Utaratibu huu wa maoni ulielezea sababu ya oscillations, lakini haikuwa wazi ni nini kilidhibiti mzunguko wao. Michael Young alipata jeni lingine mara mbili. Ina protini ya DBT, ambayo inaweza kuchelewesha mkusanyiko wa protini PER. Hivi ndivyo oscillations "hutatuliwa" ili waweze sanjari na mzunguko wa kila siku. Ugunduzi huu ulibadilisha uelewa wetu wa mifumo muhimu ya saa ya kibaolojia ya mwanadamu. Kwa miaka iliyofuata, protini zingine zilipatikana ambazo zinaathiri utaratibu huu na kudumisha operesheni yake thabiti.
Kwa mfano, washindi wa mwaka huu waligundua protini za ziada zinazosababisha jeni kipindi kazi, na protini kwa msaada wa ambayo mwanga husawazisha saa ya kibaolojia (au, na mabadiliko makali katika maeneo ya wakati, husababisha lag ya ndege).
Kuhusu tuzo
Hebu tukumbushe hilo Tuzo la Nobel katika fiziolojia na dawa (inafaa kumbuka kuwa katika kichwa asili badala ya "na" kihusishi "au" sauti) - moja ya tuzo tano zilizofafanuliwa na wosia wa Alfred Nobel mnamo 1895 na, ikiwa utafuata barua ya hati, inapaswa kutolewa kila mwaka "kwa ugunduzi au uvumbuzi katika uwanja huo. ya fiziolojia na dawa” iliyotengenezwa mwaka uliopita na kuletwa faida kubwa kwa ubinadamu. Walakini, inaonekana kwamba "kanuni ya mwaka jana" haikufuatwa karibu kamwe.
Sasa Tuzo la Fiziolojia au Tiba hutolewa kwa jadi mwanzoni mwa wiki ya Nobel, Jumatatu ya kwanza ya Oktoba. Ilitolewa kwa mara ya kwanza mwaka wa 1901 kwa ajili ya kuundwa kwa tiba ya serum kwa diphtheria. Kwa jumla, katika historia, tuzo hiyo ilitolewa mara 108, katika kesi tisa: mnamo 1915, 1916, 1917, 1918, 1921, 1925, 1940, 1941 na 1942 - tuzo haikutolewa.
Kuanzia 1901 hadi 2017, tuzo hiyo ilitolewa kwa wanasayansi 214, dazeni kati yao walikuwa wanawake. Kufikia sasa hakujawa na kesi ambapo mtu alipokea tuzo ya dawa mara mbili, ingawa kumekuwa na kesi wakati mshindi wa sasa aliteuliwa (kwa mfano, yetu). Ikiwa hutazingatia tuzo ya 2017, basi umri wa wastani Mshindi huyo alikuwa na umri wa miaka 58. Mshindi wa kwanza wa Tuzo ya Nobel katika uwanja wa fiziolojia na dawa alikuwa mshindi wa 1923 Frederick Banting (tuzo ya ugunduzi wa insulini, umri wa miaka 32), mkubwa zaidi alikuwa mshindi wa tuzo ya 1966 Peyton Rose (tuzo la ugunduzi wa virusi vya oncogenic, umri wa miaka 87. )