Нобелевская премия по физиологии и медицине 2017 года:
молекулярный механизм биологических часов
За миллионы лет жизнь адаптировалась к вращению планеты. Давным-давно известно о существовании внутри живых организмов биологических часов, которые помогают предвидеть суточный ритм и приспособиться к нему.
В 2017 году Нобелевской премии по медицине удостоились американские генетики и хронобиологи, заглянувшие внутрь этого «часового механизма» и пролившие свет на его работу. Майкл Янг, Майкл Росбаш и Джеффри Холл открыли молекулярные механизмы синхронизации биологических ритмов всего живого с суточным циклом вращения Земли.
Представление о биологических часах возникло ещё в 18 веке. Французский астроном Жан Жак де Меран обнаружил, что суточный ритм движения листьев растений не исчезает даже в темноте: он жестко «запрограммирован».
Практически все живые организмы на планете реагируют на Солнце: суточный или циркадный ритм (от латинского circa - кругом и diem - день) органично встроен в земную жизнь, в метаболизм всего живого на планете.
В 1970-х гг. был открыт ген, отвечающий за работу внутренних часов. Сеймур Бензер и его ученик Рональд Конопка из Калифорнийского технологического института провели масштабный эксперимент на мухах-дрозофилах. Ученые продемонстрировали, что нарушения циркадного ритма у дрозофил связаны с мутациями неизвестного гена.
Своё первое открытие Холл, Росбаш и Янг сделали в 1984 году. Уже имея в своем распоряжении линии мух с генетически обусловленными изменениями периода сна и бодрствования, будущие лауреаты Нобелевской премии выделили искомый ген и назвали его period.
Этот ген кодирует протеин PER, который накапливается в клетках ночью и разрушается в течение дня в соответствии с циркадным ритмом.
Ученые сошлись во мнении, что ритм циклических процессов остается достаточно стабильным потому, что суточный цикл определяется не одним геном.
В 1994 году Майкл Янг открыл ещё один ген timeless, кодирующий белок TIM, который замедляет накопление белка PER в клетке (по принципу обратной связи) и позволяет организму более точно подстраиваться под 24-часовые сутки.
Он доказал, что если TIM присоединяется к PER, то пара протеинов способна внедриться в ядро клетки, где они и блокируют активность гена period, замыкая цикл производства белка PER.
У млекопитающих открыто целое семейство циркадных генов, «работающих» по принципу обратной связи.
Этот механизм изящно адаптирует внутренние часы организма ко времени суток, регулируя разные функции, в том числе поведение человека, функции мозга, уровни гормонов, сон, температуру тела, давление крови. Циркадные ритмы влияют на обменные процессы, работу иммунной системы, процессы воспаления и другое.
Таким образом человек может подстроиться к изменению часового пояса и продолжительности дня и ночи. Если происходит быстрая смена времени суток, как при авиаперелете на большие расстояния в разные часовые пояса, случается временный сбой биоритмов - джетлаг. К основным признакам джетлага относятся нарушение сна, ослабленное внимание, раздражительность, снижение работоспособности, чувство недомогания. Нередки также обезвоживание, желудочно-кишечные расстройства, головокружение, даже проблемы с координацией и памятью.
Существуют убедительные данные, что долгое пребывание человека в экстремальных условиях полярного дня и ночи, приводит к существенным изменениям суточных ритмов целого ряда функций организма.
Есть доказательства, что хроническое несоответствие образа жизни и внутренних часов связано с повышенным риском возникновения различных заболеваний: диабета 2-го типа, онкозаболеваний и других.
От времени суток зависит эффективность некоторых лекарств и их побочные эффекты.
Исследования механизма внутренних часов не закончены.
Циркадная биология - изучение внутренних часов и циркадного ритма живых организмов - выделилась в бурно развивающееся направление исследований.
---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
Биологические ритмы человека наиболее стабильны в период с 20 до 50 лет, когда они легче всего перенастраиваются под влиянием внешних факторов. Чем «исправнее» идут эти часы, тем выше шансы на долголетие. Поэтому соблюдение режима дня - не роскошь.
Прежде всего человеку необходим здоровый сои продолжительностью не менее 7 часов в сутки. Длительное уменьшение времени сна приводит к значительному сокращению работоспособности. Продолжительность сна должна быть больше при напряженной работе, особенно умственной, при нервных перенапряжениях, беременности.
Во время сна органы и мускулатура получают «передышку». Для мозга сон – это смена деятельности. Там кипит работа: осуществляется «сканирование» организма, анализируется состояние органов, устраняются выявленные неполадки, восполняются ресурсы. В первые часы сна происходит выброс в кровь гормона роста. Выделение этого гормона также происходит в период послеобеденного сна. Вот почему так важно соблюдать режим дня особенно детям. Недаром говорят, что дети растут во сне. Период бодрствования связан с активной физической или умственной деятельностью. Для большинства людей, которые не являются типичными «совами» и «жаворонками», характерны два пика работоспособности: утром и во второй половине дня. Часто работа не соответствует биоритмам на 100 процентов, поэтому не стоит усугублять этот дисбаланс собственной неорганизованностью. Необходим хотя бы примерный распорядок дня. Тут не обойтись без самонаблюдения. Только так можно определить свои собственные ритмы, индивидуальные колебания настроения и активности и постараться максимально приспособить свой распорядок дня к этим ритмам.
