Нобелевскую премию по медицине получили американские ученые за исследования «внутренних часов» живых организмов

Жизнь на Земле — в том числе люди — адаптированы к ее вращению. Ученые уже давно знали о существовании так называемых «биологических часов», которые помогают живым организмам приспосабливаться к суточным ритмам (так называемым циркадным ритмам). Исследователи, которых отметили «Нобелевкой», как раз и занимались анализом того, как устроены эти часы, каким именно образом растения, животные и люди адаптируют свои биологические ритмы так, чтобы они синхронизировались с вращением Земли. 

Исследования циркадных ритмов у растений и животных проводились еще в XVIII столетии (к примеру, астроном Жан-Жак д’Орту де Меран изучал их у мимозы), но долгое время было неясно, за счет каких молекулярных механизмов они работают. В 1970-х Сеймур Бензер и его ученик Рональд Конопка задались вопросом, возможно ли идентифицировать ген, который контролирует циркадные ритмы. Они продемонстрировали, как мутации в определенном гене влияют на циркадные ритмы и назвали его period. Лауреаты этого года смогли раскрыть, как именно работает этот ген. 

Как модель живого организма, ученые использовали мух-дрозофил (ученые, которые занимаются исследованиями в области генетики, вообще их любят за быстрые циклы жизни и размножения). С их помощью группе исследователей удалось понять, как period кодирует протеин PER, который аккумулируется в клетке на протяжении ночи, а днем его уровень понижается. Далее ученые предположили, что этот протеин способен блокировать действие гена, таким образом регулируя уровень собственного синтеза.

В упрощенном виде этот механизм выглядит так: когда ген активен, создается матричная РНК, затем она транспортируется в цитоплазму клетки и служит шаблоном для производства протеина PER. Он накапливается в ядре клетки, и вследствие его накопления блокируется активность гена. В результате этого в организме начинает действовать ингибиторный механизм, лежащий в основе циркадного ритма. Было неясно, как протеин попадает в ядро клетки.

В 1994 году Майкл Янг открыл существование второго гена timeless, в свою очередь кодирующего создание протеина TIM. Он доказал, что TIM в связке с PER способны проникать сквозь оболочку ядра. В общем и упрощенном виде компоненты биологических часов на уровне клетки выглядят так:

Физиологические изменения человеческого организма в соответствии с циркадными ритмами:

Подобные исследования имеют большое значение: ведь «биологические часы» влияют на множество физиологических и психологических функций, таких как сон, поведение, уровни гормонов, метаболизм, температура тела и т.д. К примеру, именно с функционированием «биологических часов» связан известный эффект джетлага — когда человек, путешествуя из одной часовой зоны в другую, сталкивается с проблемами усталости, концентрации и т.д. Это важно и для медицины: одни лекарства лучше действуют утром, другие — вечером. Изучение «биологических часов» поможет понять, когда каждому отдельному человеку лучше их принимать. 

Напомним, в середине сентября стало известно, что украинские астрономы открыли уникальную галактику.