Denník N

„To si robíte žarty!“ povedal ocenený vedec. Prvú tohtoročnú Nobelovu cenu dostal výskum biologických hodín

Jeffrey C. Hall, Michael Rosbash a Michael W. Young sú traja tohtoroční laureáti Nobelovej ceny za fyziológiu alebo medicínu. Foto – Nobelprize.org
Jeffrey C. Hall, Michael Rosbash a Michael W. Young sú traja tohtoroční laureáti Nobelovej ceny za fyziológiu alebo medicínu. Foto – Nobelprize.org

Cirkadiánny rytmus kontroluje spánok, telesnú teplotu, vylučovanie hormónov, krvný tlak či metabolizmus. Ak je narušený, môže dochádzať k vzniku viacerých ochorení vrátane rakoviny či neurodegeneratívnych ochorení.

Tohtoročnú Nobelovu cenu za fyziológiu alebo medicínu si odniesla trojica Američanov Jeffrey C. Hall, Michael Rosbash a Michael W. Young.

Ocenení vedci sa zaoberali výskumom takzvaného cirkadiánneho rytmu, teda vnútorných biologických hodín, ktoré kontrolujú fyziológiu a správanie sa organizmov.

Keď Nobelov výbor vyhlasoval výsledky, v Amerike bolo skoro ráno. Ocenení americkí vedci boli rozospatí, poriadne si neuvedomovali, čo sa deje, a počas udelenia ceny za výskum vnútorných hodín mali rozhádzané vnútorné hodiny.

Michael Rosbash sa zmohol iba na slová: „To si robíte žarty!“

Poruchy rytmu

Vnútorné hodiny majú významný vplyv na naše zdravie, ale aj vznik rôznych ochorení. Ovplyvňujú náš spánok, telesnú teplotu, vylučovanie hormónov, krvný tlak či metabolizmus.

Poruchy rytmu boli spojené so vznikom rakoviny, neurodegeneratívnych ochorení, so vznikom zápalov a metabolických porúch.

Ak naše vnútorné hodiny nie sú v súlade s prostredím, môže sa stať, že budeme trpieť poruchami spánku a zažívania. Uvedené problémy môžeme zažiť vtedy, keď cestujeme medzi viacerými časovými pásmami (z angl. jet lag).

Pojem „cirkadiánny rytmus“ pochádza z latinčiny. Je zložený zo slova „circa“, teda okolo, a „dies“, čo znamená deň. Cirkadiánny rytmus existuje naprieč všetkými ríšami, či už ide o baktérie, huby, rastliny alebo živočíchy.

Cirkadiánny rytmus človeka má 24 hodín. Naše vnútorné hodiny kontrolujú nielen cyklus bdelosti a spánku, ale aj vylučovanie hormónov. Foto – Wikipedia/Martina Ribar Hestericová

Vnútrobunkové hodiny

Všetko živé sa prispôsobuje svojmu prostrediu, vrátane rotácie Zeme okolo vlastnej osi a Slnka. Počas roka, keď Zem obieha okolo Slnka, prijímajú rôzne geografické oblasti odlišné množstvo svetla a tepla, čo mení lokálnu teplotu a počasie. Navyše striedanie dňa a noci tiež predstavuje periodické zmeny okolia, ktorým sa treba prispôsobovať. 

Väčšina organizmov na tieto zmeny prostredia reaguje prostredníctvom svojich vnútorných biologických hodín, ktoré na bunkovej úrovni pomáhajú optimalizovať fyziologické procesy, ale aj správanie (napríklad medvede, ktoré sa v zimných mesiacoch ukladajú na zimný spánok, či rastliny, ktoré na noc zatvárajú svoje listy).

Mechanizmus fungovania vnútorných hodín však zostával dlhé roky záhadou. Ocenení vedci Young, Rosbash a Hall skúmali procesy spojené s vnútornými hodinami na modelovom organizme, muške drozofile známej aj ako vínna muška (Drosophilla mellanogaster).

Ako sa pri vyhlasovaní ceny vyjadril Thomas Perlmann, sekretár Nobelovej komisie pre fyziológiu alebo medicínu, „vínne mušky predstavujú ideálny modelový organizmus pre štúdium genetiky“.

Trojica vedcov počas výskumu identifikovala mechanizmus účinku génu, ktorý u mušiek reguluje denný rytmus. Tento gén sa v angličtine nazýva „period“ (slovenčina výraz prebrala) a jeho funkcia v bunkách je veľmi šikovne a elegantne samoregulovaná bielkovinou, ktorú gén kóduje.

Efektívna samoregulácia

Výskum sa v roku 1984 začal spoluprácou Halla a Rosbasha, ktorí sa rozhodli preskúmať funkcie nedávno izolovaného génu s označením period, aktívneho v bunkovom jadre.

Zistili, že uvedený gén po svojej aktivácii spúšťa produkciu mediátorovej RNA s označením period mRNA. Tá je transportovaná z bunkového jadra do bunkovej cytoplazmy, kde na jej základe dochádza k výrobe zodpovedajúcej period bielkoviny. Ak sa tejto bielkoviny nazbiera veľké množstvo, dostane sa späť do jadra, kde zablokuje aktivitu svojho vlastného génu.

Bielkovina period teda dokáže sama regulovať svoju produkciu, ak sa jej v systéme nachádza priveľa. Výroba sa zastaví, až kým jej hladina neklesne.

 

(A) Mechanizmus kontroly vnútrobunkových hodín sa začína génom „Period“ v bunkovom jadre. Ten kóduje produkciu bielkoviny period (PER), ktorá sa po naviazaní na bielkovinu Timeless (TIM) dokáže dostať do bunkového jadra a zastaviť svoju vlastnú výrobu. (B) Výskum počas posledných rokov výrazne pokročil, vedci identifikovali mnoho ďalších dôležitých regulačných bielkovín a génov. Foto – Nobelprize.org

Otázkou ostávalo, ako dochádza k prenosu bielkoviny z cytoplazmy späť do jadra. Tu do hry opäť vstúpil Young, ktorý identifikoval ďalší dôležitý gén, nazývaný „Timeless“ (z angl. večný). Tento gén kóduje produkciu bielkoviny timeless, ktorá sa viaže na bielkovinu period a pomáha jej dostať sa späť do bunkového jadra.

Vedci neskôr odhalili funkcie ďalších troch génov, ktoré kontrolujú presné časové rozhranie tohto procesu a spätnú aktiváciu génu Period. Neskôr sa podarilo odhaliť aj to, ako na tento proces vplýva svetlo.

Na záver dodajme, že výsledky výskumu Halla, Rosbascha a Younga položili základ pre vznik samostatného vedeckého odvetvia – cirkadiánnej biológie, ktorá prináša poznatky dôležité pre ľudské zdravie.

Nobelova cena sa udeľuje od roku 1901. Do minulého roku sa ich udelilo 579, ceny boli prerozdelené medzi 911 laureátov. Udeľujú sa v kategóriách: medicína alebo fyziológia, fyzika, chémia, ekonómia, literatúra a mier.

Nobelova cena udelená výskumu vyvinutému v IBM. Foto – Martina Ribar Hestericová

Týždeň udeľovania Nobelových cien sa dnes začal cenou za fyziológiu alebo medicínu. Tohto roku si ju odniesol výskum Američanov Jeffreyho C. Halla, Michaela Rosbasha a Michaela W. Younga, cenu dostali za štúdium molekulárnych mechanizmov cirkadiánneho rytmu.

Do roku 2016 ich udelili spolu 107, z toho 39 iba jednému laureátovi. Cenu za fyziológiu alebo medicínu si do minulého roku odnieslo 12 žien. Naposledy bola v roku 2015 ocenená Juju Tuová za objav Artemisinínu, lieku na maláriu.

Najmladším oceneným bol Frederik G. Banting, ktorý bol v roku 1923 ocenený za objav inzulínu. Mal vtedy 32 rokov. Naopak, najstarším bol Peyton Rous, ktorý v roku 1966 ako 87-ročný dostal cenu za objav vírusov vyvolávajúcich nádory. Priemerný vek laureáta Nobelovej ceny za fyziológiu alebo medicínu je 58 rokov.

Minulý rok ocenili výskum takzvanej autofágie. Ide o proces „samopožierania sa“, keď bunky ničia a recyklujú nepotrebné alebo nežiaduce bunkové komponenty ako poškodené bielkoviny či vírusy a baktérie. Autofágia je dôležitá na správne fungovanie buniek, na boj s vírusmi a baktériami či počas vývoja embrya. Ocenený bol Japonec Jošinori Ohsumi.

Nobelove ceny

Teraz najčítanejšie