Nobelova nagrada iz medicine za biološki sat

Autor: Avaz.ba
04.10.2017 13:39
A
A
A

Nagradu od oko 1,1 miliona dolara podijelili su trojica američkih naučnika koji su svojim istraživanjima razotkrili molekularnu pozadinu tog ritma koji je također poznat i kao cirkadijski (od latinskog circa, što znači oko, i diem što znači dan). Kako je objavila Švedska kraljevska akademija, Džefri Hal (Jeffrey C. Hall), Majkl Rosbaš (Michael Rosbash) i Majkl Yang (Michael W.Young) nagrađeni su zbog svojih doprinosa u razjašnjavanju „na koji način biljke, životinje i ljudi prilagođavaju svoje biološke ritmove kako bi bili usklađeni s okretanjem Zemlje“.

Gen zvan period 

Američki trojac zaslužan je za ključna otkrića vezana uz gen nazvan 'period' koji kod vinskih mušica kontrolira dnevni ritam. Među ostalim, pokazali su da on tokom noći u stanicama kodira protein PER koji se potom tokom dana postupno razgrađuje. Hal i Rosbaš surađivali su na istraživanjima, dok je Yang radio odvojeno. Svi su svoja temeljna otkrića objavili u 1984., međutim, među njima je vladao snažan duh natjecanja i utrke ko će biti prvi. 

- Početkom 80-ih takmičenje je bilo vrlo neugodno, no kasnije smo se smirili. Mislim kako je moguće da smo se počeli ponašati više kao odrasli jer smo postali stariji - komentirao je za Guardian Hall.

Hal i Rosbaš prvi su otkrili kako razine proteina koji kodira gen period rastu i padaju. Yang je u međuvremenu otkrio drugi ključan gen u sustavu nazvan timeless (izvanvremenski). Naime, tek kada su se proteini koje je stvarao period kombinirali s onima koje je stvarao timeless, mogli su ući u stanicu i zaustaviti daljnju aktivnost gena period. Young je kasnije otkrio i gen nazvan doubletime (dvostruko vrijeme), koji kodira protein DBT koji pak odgađa nakupljanje proteina PER. Ovo otkriće pružilo je uvid u mehanizam kojim se oscilacija fino podešava kako bi se uskladila sa 24-satnim ritmom.

Koji je značaj otkrića?

Praktički sva višestanična živa bića na Zemlji, uključujući ljude, životinje, biljke, gljive i cijanobakterije pod snažnim su utjecajem izmjena dana i noći te imaju biološki sat. Utjecaj izmjene dana i noći na biljke zamijetili su još stari Grci. Francuski naučnik Žan-Žak d´Ortus de Majran (Jean-Jacques d'Ortous de Mairan) uočio je 1729. godine da mimoze nastavljaju otvarati i zatvarati svoje listove u istom ritmu izmjene dana i noći čak i kada se nalaze u potpunom mraku. Koliko je važna usklađenost organizma s okretanjem Zemlje, postaje posebno jasno kada zrakoplovom putujemo u udaljene vremenske zone. Neka opažanja ukazuju na mogućnost da nije svejedno čak ni kada bolesnik u danu uzima lijek ili kada se izvodi operacija. Osim toga danas je poznato da biološki sat regulira veliki dio naših gena. Znanstvenici stoga desetljećima istražuju mehanizme bioloških satova onih organizama u kojima oni funkcioniraju na istom principu.

Naš unutrašnji sat s velikom preciznošću prilagođava našu fiziologiju dramatično različitim fazama u danu“, piše u priopćenju Nobelove komisije. „Taj sat upravlja ključnim funkcijama kao što su ponašanje, razine hormona, spavanje, tjelesna temperatura i metabolizam.“

Cirkadijski ritam omogućava živim bićima da se na najbolji mogući način pripreme za redovne promjene u okolišu kako bi optimalno koristila njegove resurse kao što su primjerice hrana, voda i svjetlost. Biolozi stoga smatraju da su oni organizmi koji su razvili taj mehanizam bili u evolucijskoj prednosti pred onima koji nisu. Danas se zna da on kod ljudi regulira mnoge stvari uključujući temperaturu tijela, krvni tlak, brzinu reakcija, aktivnosti u moždanim valovima, stvaranje hormona, regeneraciju stanica i sl. (ilustracija dolje).

Kao i mnogi drugi naučnici prije i kasnije, trojac je svoja istraživanja provodio na vinskim mušicama (Drosophila) koje su jednostavne i kratko žive tako da se utjecaji mutacija na njihove gene mogu pratiti puno brže i puno lakše nego na složenijim životinjama. Rezultati su pokazali da u organizmu vinskih mušica postoji gen nazvan 'period' čije mutacije uzrokuju gubitak dnevnog ritma. 

Slične mutacije u ljudskom ekvivalentu ovog gena rezultiraju poremećajima u spavanju. No u sljedećem je koraku trebalo pronaći odgovor na pitanje na koji način, uz pomoć kojih mehanizama se to zbiva. Daljnje studije provedene tokom 1984. pokazale su da gen period kodira protein koji je nazvan PER. Naučnici su bili uvjereni da PER na neki način blokira djelovanje gena tokom dana. Kako se protein postupno raspadao, gen je ponovno usvajao svoju funkciju i ponovno djelovao tokom noći, upravljajući sintezom PER-a. 

S vremenom se pokazalo da je u cijelu operaciju zapravo uključeno više proteina koji su ključni za kontrolu nakupljanja PER-a. Jedan od njih vezuje se za PER i omogućuje blokiranje perioda, dok drugi usporava nakupljanje PER-a. U narednim godinama naučnici su otkrili brojne druge komponente sistema. Među njima je posebno zanimljiva jedna koja omogućuje djelovanje dnevnog svjetla na naš dnevni ritam. Nobelovu nagradu za fiziologiju, odnosno medicinu od 1901. do danas dobilo je 211 znanstvenika od čega samo 12 žena. Ipak, udio žena u ovoj nagradi veći je nego u drugim znanstvenim područjima. Primjerice, Nobela za fiziku dosad su dobile samo dvije žene Mari Kjuri (Marie Curie) i Marija Gepert Majer (Maria Goeppert Mayer).