Известно ли вам, как устроены биологические часы человека?

В новой рубрике «Homo doctus» мы представляем ученых, удостоенных Нобелевской премии за уникальные открытия в сфере медицины, и пути становления человеческой мысли в этом направлении.

В 2017 году трое ученых – американские биологи Джеффри Холл, Майкл Росбаш и Майкл Янг – стали лауреатами Нобелевской премии по физиологии и медицине. Они получили награду «за открытие молекулярных механизмов контроля циркадных ритмов».
Понимание принципов работы циркадных ритмов поможет регулировать сон, питание, обмен веществ и улучшить качество жизни.

Немного фактов

Циркадные ритмы (от лат. circa – около, кругом и лат. dies – день), которые описывают циклические колебания интенсивности различных биологических процессов, связанных со сменой дня и ночи, открыл в конце XVIII века французский геофизик, астроном и хронобиолог Жан-Жак Дорту де Меран. Он обратил внимание, что если цветы поставить в темное место, они все равно будут раскрываться с рассветом и поникать к ночи.

Позже ученые выяснили, что подобные проявления периодичности наблюдаются и у других живых организмов.

Природа этих «биологических часов» была не понятна, инструментария для исследования этого феномена в то время не было, и интерес к нему угас. Вновь вернулись к этой теме в XX столетии. Часть ученых считала, что за циркадные ритмы ответственны внешние факторы, другие полагали, что все механизмы кроются внутри организма и от внешней среды работа «биологических часов» никак не зависит.

Суть открытия

Используя плодовых мушек в качестве модельного организма, американские ученые, будущие нобелевские лауреаты, определили ген, который поддерживает нормальный суточный ритм. Его назвали PER (period). Он кодирует белок, который накапливается в клетках в течение ночи, а затем расщепляется в течение дня. Пока белок PER находится в клетке, он блокирует свой собственный синтез и таким образом запускает реакцию обратной связи – пока он есть в клетке в большом количестве, он не вырабатывается.

Ученые выяснили, что есть и другие белки, которые участвуют в регуляции циркадных ритмов. Один из них назвали TIM (timeless) — он кодирует белок, который связывается с TIM и помогает ему попасть в клетки. Другой ген — DBT (doubletime) — кодирует белок, которые задерживает накапливание белка PER.

Открытие, которое сделали Холл, Росбаш и Янг, описывает общую схему действия механизма циркадных ритмов, однако есть еще множество деталей в работе этого механизма, которые на сегодняшний день не понятны.

Биологических ритмов, которые управляют жизнью организма, довольно много. Процессы, происходящие в живых организмах, синхронизированы с вращением Земли вокруг оси и вокруг Солнца; влияют на биоритмы также и другие периодические явления в природе. Циркадные ритмы сказываются на выработке инсулина в организме в течение суток, влияют на метаболизм, кровяное давление, умственную активность, сердечный ритм так далее.

Ученые говорят о том, что, возможно, в будущем управление циркадными ритмами позволит регулировать активность людей, которые вынуждены работать в ночную смену, будут придуманы эффективные фармпрепараты для людей с нарушением сна и т.д.