Zrušia letný čas politici, alebo “nobelisti”?

Všetky formy života na svete , vrátane ľudí, majú vnútorné, biologické hodiny, ktoré im pomáhajú prispôsobiť sa pravidelnému rytmu dňa. Doteraz nebolo jasné, ako fungujú. Vedci zistili, že ide o sofistikované ukladanie dát v bunkách, pričom „programátorom“ sú gény a „médiom“ proteíny.

Nobelovu cenu za medicínu tento rok  získali traja americkí vedci Jeffrey C. Hall, Michael Rosbash a Michael W. Young. Podarilo sa im poodhaliť fungovanie biologických hodín v našom tele. Objasnili tak jeden z dôležitých mechanizmov, ktorý reguluje napr. správanie, úroveň hormónov, spánok, telesnú teplotu a metabolizmus.

Naše biologické hodiny  a ich význam

Dôležitosť biologických hodín pre naše telo dokazuje napríklad vplyv cestovania. Ak cestujeme cez rôzne časové pásma, vzniká rozpor medzi externým prostredím a našimi vnútornými hodinami. No už existujú aj indikácie, že nás životný štýl, ktorý môže byť v rozpore s prirodzeným rytmom nášho tela je spojený so zvýšeným rizikom rôznych civilizačných chorôb.

Obr.: Tzv. cirkadiánne hodiny sa podieľajú a adaptujú našu fyziológiu rôznym fázam dňa. Pomáhajú regulovať spánkové vzorce, stravovacie návyky, uvoľňovanie hormónov, krvný tlak a telesnú teplotu.

Kľúčom je mechanizmus ukladania biologických dát

Výskum vysvetľuje, ako sa rastliny, zvieratá a ľudia dokážu prispôsobiť vlastným biologickým rytmom tak, aby boli synchronizované s dianím na našej planéte. Vedci ako modelový organizmus použili mušky octomilky. Podarilo sa im izolovať gén kontrolujúci bežný denný biologický rytmus, (tzv. periodický gén). Ten zároveň kóduje proteín (PER), ktorý sa v bunke hromadí počas noci a naopak, uvoľňuje  počas dňa.  Potom identifikovali ďalšie proteínové položky a ich sledovaním pochopili mechanizmus, ktorým sa riadia vnútorné hodiny v bunke. Teraz už vieme, že biologické hodiny fungujú na rovnakom princípe rôznym mnohobunkovým živočíchom – vrátane ľudí.

Cirkadiánny rytmus

Skúmanie biologických  hodín človeka má svoju históriu. V 18. storočí študoval astronóm Jean Jacques d’Ortous de Mairan rastlinu mimóza, u nás prezývanú aj citlivka. Zistil, že listy rastliny sa počas dňa otvárali smerom k slnečným lúčom a  zatvárali sa po zotmení. Pri pokuse rastliny presunul do úplnej tmy a zistil, že listy fungovali rovnakým spôsobom, nezávisle od denného svetla a majú teda svoje vlastné biologické hodiny.

Ďalších vedci zistili, že takéto vnútorné hodiny nemajú iba rastliny, ale aj zvieratá a ľudia. Toto pravidelné prispôsobovanie sa začalo nazývať cirkadiánny rytmus. Vychádza z latinských slov circa (v preklade „okolo“) a dies (v preklade „deň“). Laureáti Nobelovej ceny zistili, že hladina proteínu PER, ktorý sa hromadí počas noci a uvoľňuje počas dňa, oscilujú okolo 24-hodinového  cyklu – rovnako ako cirkadiánny rytmus.

Posunom bol objav druhého kľúčového génu

Ďalším cieľom bolo pochopiť, ako takéto cirkadiánne oscilácie vznikajú a ako je možné ich udržať. Jeffrey C. Hall a Michael Rosbash predpokladali, že PER proteín blokuje aktivity periodického génu. Podľa nich môže totiž PER proteín pomocou inhibičnej spätnej väzby brániť  vlastnej syntéze a regulovať tak svoju úroveň v kontinuálnom, cyklickom rytme. Takýto model však stále vyvolával otázky. Na to, aby PER proteín, ktorý sa vytvára v cytoplazme, blokoval aktivitu periodického génu, by sa musel dostať až do bunkového jadra, kde je genetický materiál uložený. Veci dokázali, že PER proteín sa v bunkovom jadre hromadí počas noci, ale nevedeli zatiaľ odpovedať na otázku, ako sa tam dostal. V roku 1994 Michael Young objavil druhý gén vnútorných hodín. Ten kóduje TMI proteín, ktorý je nevyhnutný pre normálny cirkadiánny rytmus. Vo svojej práci dokázal, že keď sa TIM proteín spojí s PER proteínom, spolu dokážu vniknúť do bunkového jadra, kde blokujú aktivity periodického génu a uzatvárajú inhibičnú spätnú väzbu.

Obr.: Zjednodušená ilustrácia molekulárnych komponentov cirkadiánneho rytmu

Samoregulačný mechanizmus biologických hodín

Mechanizmus spätnej väzby objasňuje ako a prečo sa dejú oscilácie hodnôt bunkových proteínov. Ako ale funguje kontrola frekvencie oscilácií? Na túto otázku odpovedal opäť Michael Young, ktorý identifikoval ešte jeden gén, ktorý kóduje DBT proteín a spôsobuje oneskorenie hromadenia PER proteínu. Vďaka tomu sa podarilo objasniť, ako sa oscilácie dokážu prispôsobiť 24-hodinovému cyklu.

Výsledkom  bolo objasnenie hlavných princípov mechanizmu našich vnútorných hodín. Zároveň sa odhalili jeho základné zložky, vysvetlila stabilita a jeho fungovanie.

Skúmania cirkadiánneho rytmu môžu byť užitočné aj pri diskusii o zrušení tzv. letného a zimného času. Negatívnym dôsledkom zavedenia tohto neprirodzeného časového posunu, ktorý ovplyvňuje životy miliónov ľudí vrátane nás sa venujú prebiehajúce štúdie.

Zdroj:

https://www.nobelprize.org

Hlavný obrázok: dreamstime.com