Cykl dobowy bez tajemnic - wyjaśniamy tegoroczną Nagroda Nobla z medycyny i fizjologii

Tegoroczna Nagroda Nobla z medycyny i fizjologii powędrowała w ręce Jeffreya C. Halla, Michaela Rosbasha i Michaela W. Younga, którzy odkryli molekularne mechanizmy kontrolujące rytm dobowy. To zespół procesów biochemicznych zachodzących w komórkach i tkankach wszystkich zwierząt. Bez zachowanego rytmu dobowego, niemożliwe byłoby prawidłowe funkcjonowania naszych organizmów.

Wszystkie organizmy żywe zamieszkujące Ziemię musiały wykształcić w procesie ewolucji wewnętrzny zegar biologiczny, zdolny do przewidywania cykliczności dnia i nocy oraz dostosowania do niego własnej fizjologii. Przez długi czas o mechanizmach cyklów dobowych wiadome było tylko, że są. Dopiero na początku lat 70. ubiegłego wieku Jeffrey C. Hall, Michael Rosbash i Michael W. Young prowadząc badania na muszce owocowej wyizolowali gen kontrolujący prawidłowy rytm dobowy. Tak zmodyfikowane zwierzęta były aktywne niemal przez całą dobę, przestały regularnie sypiać. Gen odpowiedzialny za tę zmianę nazwano "period", co otworzyło drzwi do kolejnych badań nad mechanizmami rytmu dobowego.

Dzięki badaniom tegorocznych noblistów wiemy, że zegary rytmu dobowego występują nawet u prymitywnych bakterii. Bez właściwie nastawionego zegara, prawidłowe funkcjonowanie zwierząt, ludzi, a nawet owadów i roślin, byłoby niemożliwe. Można się o tym przekonać na własnej skórze podczas podróży do innej strefy czasowej, gdy musimy się zmagać z jet lagiem. Bez zegara biologicznego nie działałby prawidłowo nasz metabolizm, wydzielanie hormonów czy sen.

Geny zegarowe sprawiają, że nawet organizm pozbawiony zewnętrznych sygnałów (tzw. dawców czasu), takich jak światło czy temperatura, jest w stanie funkcjonować zgodnie z odmierzanym przez siebie czasem. Ten niezwykły mechanizm jest u zwierząt regulowany przez ośrodkowy układ nerwowy. Kluczową rolę odgrywają tu jądra nadskrzyżowaniowe w przedniej części podwzgórza współpracujące z szyszynką i siatkówką. To właśnie siatkówka odbiera ilość światłą dostępną w otoczeniu sugerującą jaka jest pora dnia, a szyszynka produkuje hormon zwany melatoniną. Uszkodzenie jednego z tych elementów powoduje zaburzenia cyklu dobowego, ale jedynie defekt podwzgórza jest w stanie doprowadzić do całkowitego zaniku cyklu dobowego.

Melatonina produkowana przez szyszynkę sugeruje, że nadchodzi pora spania, z kolei kortyzol wytwarzany w nadnerczach wprawia nas w stan gotowości. Bez prawidłowo działających genów zegarowych, ta cała kaskada zdarzeń nie miałaby racji bytu.

Zaburzenia pracy zegara biologicznego najczęściej są konsekwencją czynników zewnętrznych. Często dopadają one osób aktywnych w nocy, np. uczących się lub pracujących w nietypowych godzinach. U nich rytm dobowy zostaje rozregulowany, co może skutkować poważnymi powikłaniami zdrowotnymi. Długotrwała deprywacja snu lub nieregularne kładzenie się spać może wywołać depresję, a także choroby psychiczne, choroby serca, a także zaburzenia układu pokarmowego.