Medicinos premijos laureatus renka Karališkojo instituto Nobelio asamblėja, sudaryta iš 50 balso teisę turinčių narių – šio instituto medicinos srities profesorių.
Keista fiziologijos ir astronomijos sąsaja
Šiemetinės Nobelio medicinos ir fiziologijos premijos laureatai Jeffrey C. Hallas, Michaelas Rosbashas ir Michaelas W. Youngas pagerbti už mokslinius tyrimus, kurie, nors ir grynai medicininiai, yra glaudžiai susiję su astronomija. Tiksliau – su paros ritmu ir genetine organizmo reakcija į dienos bei nakties ciklo eigą.
Gyvybė Žemėje prisitaikė prie mūsų planetos sukimosi. Daugybę metų buvo žinoma, kad visi gyvieji organizmai – taip pat žmonės – turi vidinį, biologinį laikrodį, kuris padeda tikėtis ir adaptuotis prie reguliaraus dienos ritmo. Tačiau kaip šis laikrodis iš tiesų veikia? Nobelio asamblėjos išrinkti mokslininkai sugebėjo išnarstyti šio laikrodžio mechanizmus ir išaiškinti jo veikimo principus. Jų atradimas paaiškina, kaip prie paros ritmo prisitaiko augalai, gyvūnai ir žmonės, kaip jie sinchronizuojasi su Žemės sukimusi, rašoma Nobelio komiteto pranešime.
Šiemetiniai Nobelio premijos laureatai, kaip tyrimų modelį panaudoję vaisines museles, išskyrė geną, kuris kontroliuoja normalios dienos biologinį ritmą. Jie nustatė, kad šis genas koduoja baltymą, besikaupiantį ląstelėse naktį ir nykstantį dieną. Ilgainiui jie nustatė ir kitus baltyminius cirkadinio ritmo komponentus, taip išaiškindami mechanizmą, lemiantį savaime besireguliuojančio viduląstelinio laikrodžio veikimą. Dabar jau žinome, biologinis laikrodis pagal tuos pačius principus veikia ir kituose daugialąsčiuose organizmuose – taip pat žmonėse.
Mūsų vidinis laikrodis neįtikėtinu tikslumu adaptuoja mūsų fiziologija dramatiškai besiskiriančioms paros fazėms. Laikrodis reguliuoja tokių esminių funkcijų, kaip elgsenos, hormonų lygio, miego, kūno temperatūros ir metabolizmo veikimą. Mūsų savijauta iškart pablogėja, kai randasi aplinkos ir biologinio laikrodžio nesuderinamumų – pavyzdžiui, po tolimesnės kelionės per kelias laiko zonas. Taip pat esama ženklų, kad nuolatinis mūsų gyvenimo būdo ir ląstelių diktuojamo ritmo neatitikimas siejamas su didesne įvairių ligų rizika.
Vidinis laikrodis
Didžioji dalis gyvųjų organizmų numato ir prisitaiko prie kasdieninių aplinkos pokyčių. XVIII a. astronomas Jeanas Jacques d’Ortous de Mairanas tyrė augalus mimozas ir nustatė, kad dienos metu jų lapai atsiskleidžia į Saulę, o vakaro susiglaudžia. Jam pasidarė įdomu, kas nutiktų, jeigu mimoza nuolat būtų tamsoje ir paaiškėjo, kad, nepriklausomai nuo to, yra Saulės šviesa ar ne, augalo lapai išlaiko išsiskleidimo ir susiglaudimo cikliškumą. Tai buvo ženklas, kad augalai veikiausiai turi savo vidinį biologinį laikrodį.
Kiti mokslininkai nustatė, kad biologinis laikrodis būdingas ne tik augalams, bet ir gyvūnams – jis padeda paruošti mūsų fiziologiją paros fazių kaitai. Toks reguliacinis adaptacinis mechanizmas yra vadinamas cirkadiniu ritmu (lot. circa reiškia „aplink“, dies – „diena“). Tačiau tai, kaip veikia mūsų biologinis laikrodis, dar ilgą laiką nebuvo žinoma.
Laikrodžio geno identifikavimas
Aštuntame praėjusio amžiaus dešimtmetyje Seymouras Benzeris ir jo vadovaujamas studentas Ronaldas Konopka iškėlė klausimą – ar įmanoma identifikuoti genus, kurie kontroliuoja vaisinių muselių cirkadinį ritmą. Jie savo turimais parodė, kad vieno nežinomo geno mutacijos sutrikdė musių cirkadinį laikrodį. Šį geną jie pavadino „period“. Tačiau kaip pasireiškė to geno veikimas?
Šių metų Nobelio premijos laureatai, savo tyrimus taip pat vykdę su vaisinėmis muselėmis, būtent tokį klausimą ir iškėlė bei aiškinosi, kaip iš tikrųjų veikia biologinis laikrodis. 1984 metais J.Hallas ir M.Rosbashas, dirbę Brandeiso universitete Bostone (JAV) bendradarbiavo su Rockefellerio universitete Niujorke dirbusiu mokslininku M.Youngu bei sėkmingai išskyrė period geną. J.Hallas ir M.Rosbashas vėlesniais tyrimais atrado šio geno koduojamą baltymą PER, kurio koncentracija ląstelėse naktį didėja, o dieną mažėja. Tad PER geno kiekis banguoja 24 valandų cikliškumu, sinchroniškai su cirkadiniu ritmu.
Savaime besireguliuojantis laikrodžio mechanizmas
Kitas mokslininkų tikslas buvo išsiaiškinti, kaip tokie cirkadiniai svyravimai gali būti generuojami arba palaikomi. J.Hallas ir M.Rosbashas iškėlė hipotezę, kad PER baltymas blokavo period geno aktyvumą. Jie svarstė, kad atgalinio inhibicinio ryšio keliu PER baltymas galėjo blokuoti savo paties naujų molekulių sintezę ir taip cikliniu ritmu reguliuoja savo koncentraciją.
Modelis buvo labai patrauklus, tačiau norint apie jį kalbėti kaip apie faktinį atradimą, trūko keleto detalių. Kad citoplazmoje gaminamas PER baltymas blokuotų period geno aktyvumą, jis kažkaip turėjo pasiekti ląstelės branduolį, kuriame saugoma visa genetinė medžiaga. J.Hallas ir M.Rosbashas įrodė, kad PER koncentracija naktį auga ir branduolyje, tačiau kaip jis į ten patenka? 1994 m. M.Youngas aptiko antrą ląstelinio laikrodinio mechanizmo geną, pavadintą timeless ir koduojantį baltymą TIM, kuris taip pat buvo reikalingas normalaus cirkadinio ritmo palaikymui. Savo elegantišku tyrimu jis parodė, kad kai TIM susijungdavo su PER, šie du baltymai gebėdavo patekti į ląstelės branduolį, kur blokuodavo period geno aktyvumą ir uždarydavo atgalinio inhibicinio ryšio kilpą.
Toks reguliacinis mechanizmas paaiškino, kaip randasi ląstelinių baltymų koncentracijos svyravimai, tačiau liko daug neatsakytų klausimų. Pavyzdžiui, kas lemia svyravimų dažnumą? M.Youngas aptiko dar vieną geną, kurį pavadino doubletime. Jis koduoja baltymą DBT, kuris atideda PER baltymo kaupimąsi. Tai buvo užuomina į tai, kokiu būdu svyravimai artimiau prisitaiko prie išorinio, astronominio 24 valandų paros ciklo.
Šie suvokimą apie organizmo veikimą keičiantys naujųjų Nobelio premijos laureatų atradimai atskleidė biologinio laikrodžio veikimo principus. Vėlesniais metais buvo išskirta ir daugiau molekulinių laikrodžio komponentų, paaiškinančių jo stabilumą ir veikimą. Pavyzdžiui, laureatai aptiko papildomų baltymų, būtinų period geno aktyvavimui, taip pat mechanizmą, pagal kurį šviesa gali sinchronizuoti laikrodį.
Laikas ir žmogaus fiziologija
Šis biologinis laikrodis turi įtakos daugybei mūsų sudėtingos fiziologijos aspektų. Dabar žinome, kad daugialąsčiuose organizmuose, taip pat žmonėse, veikia panašūs cirkadinio ritmo valdymo mechanizmai. Didelės dalies mūsų genų aktyvumą reguliuoja biologinis laikrodis, tad natūralu manyti, kad gerai sukalibruotas cirkadinis ritmas pritaiko mūzų fiziologiją skirtingoms paros fazėms. Dėl trijų 2017 m. Nobelio medicinos ir fiziologijos premijos laureatų darbų cirkadinė biologija tapo plačia ir dinamiška mokslinių tyrimų sritimi, glaudžiai susijusia su mūsų sveikata ir savijauta.
