Faqja e internetit Rainer Weiss, Barry Barish dhe Kip Thorne

Çmimi Nobël në Fizikë u dha në 2017 Rainer Weiss (1/2), Barry Barish dhe Kip Thorne secili (1/4) për shpikjen e detektorit valët gravitacionale dhe hulumtimet e tyre. Rreth saj Komiteti i Nobelit njoftoi gjatë një konference të posaçme për shtyp në Stokholm.

Çmimi në fushën e fizikës u dha me formulimin: "Për kontribut vendimtar Detektor LIGO dhe Vëzhgimi i valëve gravitacionale.

Kujtojmë se vitin e kaluar Çmimin Nobel në Fizikë e ndanë David Thouless (1/2 e shumës së çmimit), Duncan Haldane (1/4) dhe Michael Kosterlitz (1/4). Një vit më parë, Takaaki Kajita (Japoni) dhe Arthur Munkdonald (Kanada) u shpërblyen për . Në vitin 2014, laureatët japonezë Nobel Isomo Akasaki, Hiroshi Amano dhe një shtetas amerikan gjithashtu me prejardhje japoneze Shuji Nakamura.

Gjithsej nga viti 1901 deri sotÇmimi Nobel në Fizikë u është dhënë 110 herë 204 shkencëtarëve. Fituesit e çmimit më të lartë shkencor nuk u shpallën vetëm në 1916, 1931, 1934, 1940, 1941 dhe 1942.

Fizikani më i ri që mori një Nobel ishte australian Lawrence Bragg. Së bashku me babanë e tij William Bragg, ai u nderua në 1915 për studimet e tij mbi strukturën e kristaleve duke përdorur rrezet x. Shkencëtari në kohën e shpalljes së rezultateve të votimit të Komitetit Nobel ishte vetëm 25 vjeç. Dhe laureati më i vjetër i Nobelit në fizikë, amerikani Raymond Davis, ishte 88 vjeç në ditën e dhënies së çmimit. Ai ia kushtoi jetën astrofizikës dhe ishte në gjendje të zbulonte të tilla grimcat elementare si neutrinot kozmike.

Në mesin e laureatëve-fizikanëve sasia më e vogël femrat janë vetëm dy. Kjo është Marie Curie, e cila, së bashku me burrin e saj Pierre, mori një çmim për kërkime mbi radioaktivitetin në 1903 (ajo ishte, në parim, gruaja e parë që mori çmimin më të lartë çmim shkencor) dhe Maria Goeppert-Mayer - ajo u shpërblye në vitin 1963 për zbulimet e saj në lidhje me strukturën e guaskës së bërthamës.

Vetëm një fizikant ka marrë çmimin Nobel në fizikë dy herë - amerikani John Bardeen u dha në vitin 1956 për kërkime mbi gjysmëpërçuesit dhe në 1972 për krijimin e teorisë së superpërçueshmërisë. Në të njëjtën kohë, Marie Curie mori "Nobelin" e saj të dytë në 1911, por tashmë në fushën e kimisë - për zbulimin elementet kimike radium dhe polonium. Deri më sot, ajo mbetet e vetmja shkencëtare që ka marrë dy çmime në fusha të ndryshme shkencore.

Komiteti Nobel ka shpallur sot fituesit e Çmimit të Fiziologjisë ose Mjekësisë 2017. Këtë vit çmimi do të udhëtojë përsëri në SHBA, me Michael Young nga Universiteti Rockefeller në Nju Jork, Michael Rosbash nga Universiteti Brandeis dhe Geoffrey Hall nga Universiteti i Maine që ndajnë çmimin. Sipas vendimit të Komitetit të Nobelit, këta studiues u shpërblyen "për zbulimet e tyre të mekanizmave molekularë që kontrollojnë ritmet cirkadiane".

Duhet thënë se në gjithë historinë 117-vjeçare të çmimit Nobel, ky është ndoshta çmimi i parë për studimin e ciklit gjumë-zgjim, si dhe për çdo gjë që lidhet me gjumin në përgjithësi. Çmimin nuk e ka marrë somnologu i famshëm Nathaniel Kleitman, por ai që ka marrë më shumë zbulim i jashtëzakonshëm në këtë fushë, Eugene Azerinsky, i cili zbuloi gjumin REM (REM - lëvizje e shpejtë e syve, faza e shpejtë e gjumit), në përgjithësi mori vetëm një diplomë PhD për arritjen e tij. Nuk është për t'u habitur që në parashikimet e shumta (ne do të flasim për to në shënimin tonë) kishte ndonjë emër dhe ndonjë temë kërkimore, por jo ato që tërhoqën vëmendjen e Komitetit të Nobelit.

Për çfarë ishte çmimi?

Pra, çfarë janë ritmet cirkadiane dhe çfarë zbuluan saktësisht laureatët, të cilët, sipas Sekretarit të Komitetit të Nobelit, e përshëndetën lajmin e çmimit me fjalët “ jeni ju po tallesh me mua?

Geoffrey Hall, Michael Rosbash, Michael Young

Rreth dite përkthyer nga latinishtja si "gjatë ditës". Kështu ndodhi që ne jetojmë në planetin Tokë, ku dita zëvendësohet me natën. Dhe gjatë përshtatjes ndaj kushteve të ndryshme të ditës dhe natës, organizmat u zhvilluan brenda Ora biologjike- ritmet e aktivitetit biokimik dhe fiziologjik të organizmit. Tregoni se këto ritme janë ekskluzivisht natyrën e brendshme, pati sukses vetëm në vitet 1980, duke dërguar kërpudha në orbitë Neurospora crassa. Pastaj u bë e qartë se ritmet cirkadiane nuk varen nga drita e jashtme ose sinjale të tjera gjeofizike.

Mekanizmi gjenetik i ritmeve cirkadiane u zbulua në vitet 1960-1970 nga Seymour Benzer dhe Ronald Konopka, të cilët studiuan linjat mutante të mizave të frutave me ritme të ndryshme cirkadiane: në mizat e tipit të egër, luhatjet e ritmit cirkadian kishin një periudhë prej 24 orësh, në disa. mutantët - 19 orë, në të tjerët - 29 orë, dhe i treti nuk kishte fare ritëm. Doli që ritmet rregullohen nga gjeni PER - periudhë. Hapi tjetër, i cili ndihmoi për të kuptuar se si krijohen dhe ruhen luhatje të tilla në ritmin cirkadian, u mor nga laureatët aktualë.

Ora me vetërregullim

Geoffrey Hall dhe Michael Rosbash sugjeruan që gjeni të koduar periudhë proteina PER bllokon punën e gjenit të vet, dhe një lak të tillë reagimet lejon proteinën të parandalojë sintezën e saj dhe të rregullojë në mënyrë ciklike vazhdimisht nivelin e saj në qeliza.

Fotografia tregon sekuencën e ngjarjeve gjatë 24 orësh luhatje. Kur gjeni është aktiv, prodhohet PER mRNA. Ajo del nga bërthama në citoplazmë, duke u bërë një shabllon për prodhimin e proteinës PER. Proteina PER grumbullohet në bërthamën e qelizës kur aktiviteti i gjenit të periodës bllokohet. Kjo mbyll ciklin e reagimit.

Modelja ishte shumë tërheqëse, por për të plotësuar foton mungonin disa pjesë të enigmës. Për të bllokuar aktivitetin e gjenit, proteina duhet të futet në bërthamën e qelizës, ku ruhet. material gjenetik. Jeffrey Hall dhe Michael Rosbash treguan se proteina PER grumbullohet brenda natës në bërthamë, por nuk e kuptuan se si arriti të arrinte atje. Në vitin 1994, Michael Young zbuloi gjenin e dytë të ritmit cirkadian, pa kohë(Anglisht "i përjetshëm"). Ai kodon për proteinën TIM, e cila është thelbësore që ora jonë e brendshme të funksionojë siç duhet. Në eksperimentin e tij elegant, Young tregoi se vetëm duke u lidhur me njëri-tjetrin, çifti TIM dhe PER mund të hyjnë në bërthamën e qelizës, ku bllokojnë gjenin. periudhë.

Ilustrim i thjeshtuar i përbërësve molekularë të ritmeve cirkadiane

Ky mekanizëm reagimi shpjegoi arsyen e shfaqjes së lëkundjeve, por nuk ishte e qartë se çfarë kontrollon frekuencën e tyre. Michael Young gjeti një gjen tjetër kohë të dyfishtë. Ai përmban proteinën DBT, e cila mund të vonojë akumulimin e proteinës PER. Kështu "debugohen" luhatjet në mënyrë që ato të përkojnë me ciklin ditor. Këto zbulime revolucionarizuan të kuptuarit tonë për mekanizmat kryesorë të orës biologjike njerëzore. Gjatë viteve në vijim, u gjetën proteina të tjera që ndikojnë në këtë mekanizëm dhe ruajnë funksionimin e tij të qëndrueshëm.

Për shembull, laureatët e këtij viti kanë zbuluar proteina shtesë që krijojnë një gjen periudhë puna, dhe proteinat, me ndihmën e të cilave drita sinkronizon orën biologjike (ose shkakton jetlag në rast të një ndryshimi të mprehtë në zonat kohore).

Rreth çmimit

Kujtojmë se çmimi Nobel në Fiziologji ose Mjekësi (vlen të përmendet se në emrin origjinal në vend të "dhe" parafjalës "ose" tingëllon) është një nga pesë çmimet e përcaktuara nga testamenti i Alfred Nobel në 1895 dhe, nëse ju ndiqni letrën e dokumentit, duhet të jepet çdo vit "për një zbulim ose shpikje në fushën e fiziologjisë ose mjekësisë" të bërë në vitin e kaluar dhe të sjellë përfitim maksimal njerëzimit. Megjithatë, “parimi i vitit të kaluar” nuk u respektua, me sa duket, pothuajse asnjëherë.

Tani çmimi në fiziologji ose mjekësi jepet tradicionalisht në fillim të javës së Nobelit, të hënën e parë të tetorit. Ajo u dha për herë të parë në 1901 për zhvillimin e një terapie serum për difterinë. Në total, çmimi është dhënë 108 herë gjatë historisë, në nëntë raste: në 1915, 1916, 1917, 1918, 1921, 1925, 1940, 1941 dhe 1942, çmimi nuk është dhënë.

Midis 1901 dhe 2017, çmimi iu dha 214 shkencëtarëve, një duzinë prej të cilëve janë gra. Deri më tani nuk ka pasur asnjë rast që dikush të ketë marrë dy herë çmim në mjekësi, megjithëse ka pasur raste kur është nominuar një laureat tashmë aktual (për shembull, i yni). Nëse nuk e keni parasysh çmimin e vitit 2017, atëherë Mosha mesatare laureati ishte 58 vjeç. Laureati më i ri i Nobelit në fushën e fiziologjisë dhe mjekësisë ishte laureati i vitit 1923 Frederick Banting (çmimi për zbulimin e insulinës, mosha 32), më i vjetri ishte laureati i vitit 1966, Peyton Rose (çmimi për zbulimin e viruseve onkogjenë, mosha 87).

2 tetor 2017 në orën 17:08

Çmimi Nobel në Fiziologji ose Mjekësi 2017: Mekanizmi molekular i orës biologjike

• Shkenca popullore,
• Bioteknologji,
• Shëndeti Geek

Më 2 tetor 2017, Komiteti Nobel shpalli emrat e fituesve të Çmimit Nobel 2017 në Fiziologji ose Mjekësi. 9 milionë SEK do të ndahen në mënyrë të barabartë biologët amerikanë Jeffrey C. Hall, Michael Rosbash dhe Michael W. Young për zbulimin e tyre të mekanizmit molekular të orës biologjike, domethënë, ritmit qarkullues pafundësisht të lakimit të jetës së organizmave, përfshirë njerëzit.

Gjatë miliona viteve, jeta është përshtatur me rrotullimin e planetit. Prej kohësh dihet se ne kemi një orë të brendshme biologjike që parashikon dhe përshtatet me kohën e ditës. Në mbrëmje dua të bie në gjumë, dhe në mëngjes dua të zgjohem. Hormonet lëshohen në gjak në një bazë të planifikuar rreptësisht, dhe aftësitë / sjellja e një personi - koordinimi, shpejtësia e reagimit - varen gjithashtu nga koha e ditës. Por si funksionon kjo orë e brendshme?

Zbulimi i orës biologjike vlerësohet astronom francez Jean-Jacques de Meran, i cili vuri re në shekullin e 18-të se mimoza largohet drejt Diellit gjatë ditës dhe mbyllet gjatë natës. Ai pyeste veten se si do të sillej bima nëse vendosej në errësirë ​​totale. Doli që edhe në errësirë, mimoza ndoqi planin - ishte sikur të kishte një orë të brendshme.

Më vonë, bioritme të tilla u gjetën në bimë të tjera, kafshë dhe njerëz. Pothuajse të gjithë organizmat e gjallë në planet reagojnë ndaj Diellit: ritem qarkullues, rrethor i ndërtuar fort në jetën tokësore, në metabolizmin e gjithë jetës në planet. Por si funksionon ky mekanizëm mbetet një mister.

Laureatët e Nobelit kanë izoluar një gjen që kontrollon ditën ritmi biologjik, në mizat e frutave (njerëzit dhe mizat kanë shumë gjene të përbashkëta për shkak të pranisë së paraardhësve të përbashkët). Ata e bënë zbulimin e tyre të parë në 1984. Gjeni i hapur u emërua periudhë.

gjen periudhë kodifikon proteinën PER, e cila grumbullohet në qeliza gjatë natës dhe shkatërrohet gjatë ditës. Përqendrimi i proteinës PER ndryshon në një orar 24-orësh në përputhje me ritmin cirkadian.

Më pas ata identifikuan përbërës shtesë të proteinës dhe zbuluan plotësisht atë që përmbante vetë mekanizmi ndërqelizor ritmi cirkadian - në këtë reagim unik, proteina PER bllokon aktivitetin e gjenit periudhë, domethënë, PER bllokon sintezën e vetvetes, por gradualisht shkatërrohet gjatë ditës (shih diagramin e mësipërm). Është një mekanizëm i vetë-mjaftueshëm me lak pafundësisht. Ajo funksionon në të njëjtin parim në organizmat e tjerë shumëqelizorë.

Pas zbulimit të gjenit, proteina përkatëse dhe mekanizëm i përbashkët orës së brendshme i mungonin edhe disa pjesë të enigmës. Shkencëtarët e dinin se proteina PER grumbullohet në bërthamën e qelizës gjatë natës. Ata gjithashtu e dinin se ARNi përkatëse prodhohet në citoplazmë. Ishte e paqartë se si proteina kalon nga citoplazma në bërthamën e qelizës. Në vitin 1994, Michael Young zbuloi një gjen tjetër pa kohë, e cila kodon proteinën TIM, e cila është gjithashtu e nevojshme për funksionimin normal të orës së brendshme. Ai vërtetoi se nëse TIM bashkohet me PER, atëherë një palë proteina është në gjendje të depërtojë në bërthamën qelizore, ku bllokojnë aktivitetin e gjenit. periudhë, duke përfunduar kështu një cikël të pafund të prodhimit të proteinës PER.

Doli se ky mekanizëm me saktësi të hollë e përshtat orën tonë të brendshme me kohën e ditës. Ai rregullon të ndryshme funksionet kritike trupi, duke përfshirë sjelljen e njeriut, nivelet e hormoneve, gjumin, temperaturën e trupit dhe metabolizmin. Një person ndihet keq nëse ka një mospërputhje të përkohshme midis kushteve të jashtme dhe orës së tij të brendshme biologjike, për shembull, kur udhëton në distanca të gjata në zona të ndryshme kohore. Ekzistojnë gjithashtu dëshmi se një çekuilibër kronik midis stilit të jetesës dhe orës së brendshme lidhet me një rrezik në rritje të sëmundjeve të ndryshme, duke përfshirë diabetin, obezitetin, kancerin dhe sëmundjet kardiovaskulare.

Michael Young më vonë identifikoi një gjen tjetër kohë të dyfishtë, që kodon proteinën DBT, e cila ngadalëson akumulimin e proteinës PER në qelizë dhe lejon trupin të përshtatet më saktë me ditën 24-orëshe.

Në vitet pasuese, laureatët aktualë të Nobelit hodhën më shumë dritë mbi pjesëmarrjen e komponentëve të tjerë molekularë në ritmin cirkadian, ata gjetën proteina shtesë që përfshihen në aktivizimin e gjeneve. periudhë, dhe zbuloi gjithashtu mekanizmat se si drita ndihmon në sinkronizimin e orës biologjike me kushtet e jashtme mjedisore.

Nga e majta në të djathtë: Michael Rosebash, Michael Young, Geoffrey Hall

Hulumtimi mbi mekanizmin e orës së brendshme nuk ka përfunduar. Ne njohim vetëm pjesët themelore të mekanizmit. Biologjia cirkadiane - studimi i orës së brendshme dhe ritmit cirkadian - është shfaqur si një zonë e veçantë, me zhvillim të shpejtë të kërkimit. Dhe gjithçka ndodhi falë tre fituesve aktualë të çmimit Nobel.

Ekspertët kanë diskutuar për disa vite se çfarë do të jepet çmimi Nobel për mekanizmin molekular të ritmeve cirkadiane - dhe kjo ngjarje më në fund ka ndodhur.

Çmimi i parë Nobel në vitin 2017, i cili tradicionalisht ndahet për arritjet në fushën e fiziologjisë dhe mjekësisë, u shkoi shkencëtarëve amerikanë për zbulimin e një mekanizmi molekular që u siguron të gjitha qenieve të gjalla "orën e tyre biologjike". Ky është rasti kur rëndësia arritjet shkencore, shenuar nga çmim prestigjioz, fjalë për fjalë të gjithë mund të gjykojnë: nuk ka asnjë person që nuk do të njihej me ndryshimin e ritmeve të gjumit dhe zgjimit. Lexoni se si janë rregulluar këto orë dhe si kemi arritur të kuptojmë mekanizmin e tyre në materialin tonë.

Vitin e kaluar, Komiteti i Çmimit Nobel në Fiziologji ose Mjekësi befasoi publikun - në sfondin e interes i shtuar për CRISPR/Cas dhe onkoimunologjinë një çmim për punën thellësisht themelore të bërë me metodat e gjenetikës klasike mbi majanë e bukës. Këtë herë, komiteti përsëri nuk ndoqi modën dhe vuri në dukje punën themelore të bërë në një objekt gjenetik edhe më klasik - Drosophila. Fituesit e çmimit Geoffrey Hall, Michael Rosbash dhe Michael Young kanë punuar me mizat për të përshkruar mekanizmin molekular që qëndron në themel të ritmeve cirkadiane, një nga përshtatje të mëdha qenieve biologjike për jetën në planetin Tokë.

Çfarë është një orë biologjike?

Ritmet cirkadiane janë rezultat i orës cirkadiane ose biologjike. Ora biologjike nuk është një metaforë, por një zinxhir proteinash dhe gjenesh, i cili mbyllet sipas parimit të reagimit negativ dhe bën luhatje ditore me një cikël afërsisht 24 orësh - në përputhje me kohëzgjatjen e ditës së tokës. Ky zinxhir është mjaft konservator te kafshët, dhe parimi i orës është i njëjtë në të gjithë organizmat e gjallë - që i kanë. Aktualisht, dihet me siguri për praninë e një oshilatori të brendshëm te kafshët, bimët, kërpudhat dhe cianobakteret, megjithëse disa luhatje ritmike në parametrat biokimikë gjenden edhe në baktere të tjera. Për shembull, prania e ritmeve cirkadiane supozohet në bakteret që formojnë mikrobiomën e zorrëve të njeriut - ato rregullohen, me sa duket, nga metabolitët e bujtësit.

Shumica dërrmuese organizmat tokësorë Ora biologjike rregullohet nga drita – kështu që na bën të flemë natën dhe të qëndrojmë zgjuar dhe të hamë gjatë ditës. Kur ndryshon regjimi i dritës (për shembull, si rezultat i një fluturimi transatlantik), ata përshtaten me regjimin e ri. Në një person modern që jeton në kushte të ndriçimit artificial gjatë gjithë kohës, ritmet cirkadiane shpesh shqetësohen. Sipas ekspertëve nga Programi Kombëtar i Toksikologjisë në SHBA, zhvendosja e orëve të punës në orët e mbrëmjes dhe të natës janë të mbushura me rreziqe serioze për shëndetin e njerëzve. Ndër çrregullimet që lidhen me dështimin e ritmeve cirkadiane janë çrregullimet e gjumit dhe sjelljen e të ngrënit, depresioni, imuniteti i dëmtuar, gjasat e rritura zhvillimi i sëmundjeve kardiovaskulare, kancerit, obezitetit dhe diabetit.

Cikli ditor i njeriut: faza e zgjimit fillon në agim, kur trupi liron hormonin kortizol. Kjo rezulton në një rritje të presionit të gjakut dhe përqëndrim të lartë vëmendje. Koordinimi më i mirë i lëvizjeve dhe koha e reagimit vërehet gjatë ditës. Në mbrëmje, ka një rritje të lehtë të temperaturës dhe presionit të trupit. Kalimi në fazën e gjumit rregullohet nga lirimi i hormonit melatonin, i cili shkaktohet nga një rënie natyrale e dritës. Pas mesnate, normalisht fillon faza më e thellë e gjumit. Gjatë natës, temperatura e trupit ulet dhe në mëngjes arrin vlerën e saj minimale.

Le të shqyrtojmë më në detaje strukturën e orës biologjike tek gjitarët. Qendra më e lartë e komandës, ose "ora kryesore", ndodhet në bërthamën suprakiazmatike të hipotalamusit. Informacioni rreth ndriçimit hyn atje përmes syve - retina përmban qeliza të veçanta që komunikojnë drejtpërdrejt me bërthamën suprakiazmatike. Neuronet e kësaj bërthame i japin komanda pjesës tjetër të trurit, për shembull, rregullojnë prodhimin e melatoninës së "hormonit të gjumit" nga gjëndra pineale. Pavarësisht pranisë së një qendre të vetme komandimi, çdo qelizë e trupit ka orën e vet. "Ora kryesore" është pikërisht ajo që nevojitet për të sinkronizuar ose rikonfiguruar orën periferike.

diagrami i qarkut Cikli ditor i kafshëve (majtas) përbëhet nga fazat e gjumit dhe zgjimit, që përkojnë me fazën e të ushqyerit. Në të djathtë tregohet se si zbatohet ky cikël niveli molekular- me rregullimin e kundërt të gjeneve të orës

Takahashi JS / Nat Rev Genet. 2017

Ingranazhet kryesore në orë janë aktivizuesit e transkriptimit CLOCK dhe BMAL1 dhe represorët PER (nga periudhë) dhe QAJ (nga kriptokromi). Çifti CLOCK-BMAL1 aktivizon shprehjen e gjeneve që kodojnë PER (nga të cilat janë tre te njerëzit) dhe CRY (nga të cilat janë dy te njerëzit). Kjo ndodh gjatë ditës dhe korrespondon me gjendjen e zgjimit të trupit. Në mbrëmje, proteinat PER dhe CRY grumbullohen në qelizë, të cilat hyjnë në bërthamë dhe shtypin aktivitetin e gjeneve të tyre, duke ndërhyrë me aktivizuesit. Jetëgjatësia e këtyre proteinave është e shkurtër, kështu që përqendrimi i tyre bie me shpejtësi dhe në mëngjes CLOCK-BMAL1 janë përsëri në gjendje të aktivizojnë transkriptimin PER dhe CRY. Kështu që cikli përsëritet.

Çifti CLOCK-BMAL1 rregullon shprehjen jo vetëm të çifteve PER dhe CRY. Ndër objektivat e tyre janë edhe disa proteina që shtypin vetë aktivitetin e CLOCK dhe BMAL1, si dhe tre faktorë transkriptimi që kontrollojnë shumë gjene të tjera që nuk lidhen drejtpërdrejt me punën e orës. Luhatjet ritmike në përqendrimet e proteinave rregullatore çojnë në faktin se nga 5 deri në 20 përqind e gjeneve të gjitarëve i nënshtrohen rregullimit të përditshëm.

Dhe këtu janë mizat?

Pothuajse të gjitha gjenet e përmendura dhe i gjithë mekanizmi në tërësi u përshkruan duke përdorur shembullin e mizës Drosophila - shkencëtarët amerikanë, duke përfshirë fituesit aktual të çmimit Nobel: Jeffrey Hall, Michael Rosbash dhe Michael Young, e bënë këtë.

Jeta e Drosophila, duke filluar nga faza e daljes nga pupa, rregullohet rreptësisht nga ora biologjike. Mizat fluturojnë, ushqehen dhe çiftëzohen vetëm gjatë ditës dhe “flenë” natën. Përveç kësaj, gjatë gjysmës së parë të shekullit të 20-të, Drosophila ishte objekti kryesor model për gjenetistët, kështu që në gjysmën e dytë, shkencëtarët kishin grumbulluar mjete të mjaftueshme për të studiuar gjenet e mizave.

Mutacionet e para në gjenet që lidhen me ritmet cirkadiane u përshkruan në vitin 1971 në një punim nga Ronald Konopka dhe Seymour Benzer, të cilët punuan në Kaliforni. Instituti i Teknologjise. Përmes mutagjenezës së rastësishme, studiuesit arritën të merrnin tre linja mizash me shkelje të ciklit cirkadian: për disa miza, kishte sikur të kishte 28 orë në ditë (mutacion për L), për të tjerët - 19 ( për S), dhe mizat nga grupi i tretë nuk kishin fare periodicitet në sjellje ( për 0). Të tre mutacionet ranë në të njëjtin rajon të ADN-së, të cilin autorët e quajtën periudhë.

Në mesin e viteve 80, Gjen. periudhë u izolua në mënyrë të pavarur dhe u përshkrua në dy laboratorë - laboratori i Michael Young në Universitetin Rockefeller dhe në Universitetin Brandeis, ku punonin Rosbash dhe Hall. Në të ardhmen, të tre nuk e humbën interesin për këtë temë, duke plotësuar kërkimet e njëri-tjetrit. Shkencëtarët kanë zbuluar se futja e një kopjeje normale të gjenit në trurin e mizave "aritmike" me një mutacion për 0 rikthen ritmin e tyre cirkadian. Hulumtime të mëtejshme tregoi se rritja e kopjeve të këtij gjeni redukton cikli ditor, dhe mutacionet që çojnë në një ulje të aktivitetit të proteinës PER zgjasin.

Në fillim të viteve '90, punonjësit e Young morën miza me një mutacion pa kohë (Tim). Proteina TIM është identifikuar si një partner PER në rregullimin e ritmeve cirkadiane të Drosophila. Duhet sqaruar se kjo proteinë nuk funksionon tek gjitarët - funksionin e saj e kryen CRY e sipërpërmendur. Çifti PER-TIM kryen të njëjtin funksion te mizat siç bën çifti PER-CRY te njerëzit - në thelb duke shtypur transkriptimin e tij. Duke vazhduar të analizojnë mutantët aritmikë, Hall dhe Rosbash gjetën gjene ora Dhe ciklit- ky i fundit është një analog i miut të faktorit BMAL1 dhe, së bashku me proteinën CLOCK, aktivizon shprehjen e gjeneve. per Dhe Tim. Bazuar në rezultatet e hulumtimit, Hall dhe Rosbash propozuan një model të rregullimit të kundërt negativ, i cili aktualisht është i pranuar.

Përveç proteinave kryesore të përfshira në formimin e ritmit cirkadian, në laboratorin e Young u zbulua një gjen për "akordim të imët" të orës - kohë të dyfishtë(dbt), produkti i të cilit rregullon veprimtarinë e PER dhe TIM.

Më vete, vlen të përmendet zbulimi i proteinës CRY, e cila zëvendëson TIM tek gjitarët. Drosophila gjithashtu ka këtë proteinë, dhe ajo u përshkrua posaçërisht në miza. Doli se nëse mizat do të ndriçoheshin para errësirës dritë të ndritshme, cikli i tyre cirkadian është pak i zhvendosur (me sa duket, kjo funksionon edhe te njerëzit). Ekipi i Hall dhe Rosbash zbuloi se proteina TIM është fotosensitive dhe shkatërrohet me shpejtësi edhe nga një puls i shkurtër drite. Në kërkim të një shpjegimi për fenomenin, shkencëtarët kanë identifikuar një mutacion qaj zemer, e cila anuloi efektin e ndriçimit. Një studim i detajuar i gjenit të klithjes së mizës (nga kriptokromi) tregoi se është shumë i ngjashëm me fotoreceptorët cirkadian të bimëve të njohur tashmë në atë kohë. Doli se proteina CRY percepton dritën, lidhet me TIM dhe kontribuon në shkatërrimin e këtij të fundit, duke zgjatur kështu fazën e "zgjimit". Tek gjitarët, CRY duket se funksionon si një TIM dhe nuk është një fotoreceptor, por te minjtë, është treguar se fikja e CRY, si te mizat, shkakton një zhvendosje fazore në ciklin gjumë-zgjim.

Fituesit e çmimit Nobel 2017 në Fiziologji ose Mjekësi - amerikanët Michael Young, Jeffrey Hall dhe Michael Rosbash - morën çmime "për zbulimin e tyre të mekanizmave molekularë që kontrollojnë ritmin cirkadian".

Së bashku me redaktorët e portalit shkencor popullor "Attic" ne kuptuam se cilat janë këto mekanizma, si funksionojnë dhe pse qeliza duhet të dijë se sa është ora.

Çfarë është ritmi cirkadian?

Për më shumë se katër miliardë vjet që ka ekzistuar Toka, kushtet e jetës në të kanë ndryshuar vazhdimisht. Por një gjë mbeti pothuajse gjithmonë e pandryshuar - një ditë 24-orëshe, një ndryshim i ditës dhe natës, i shkaktuar nga rrotullimi i planetit rreth boshtit të tij. Gjatë kësaj kohe, jeta tokësore është përshtatur me perëndimin e diellit dhe lindjen e diellit dhe ka fituar të sajën ora e brendshme. Këto ritme cirkadiane (nga latinishtja circa - "rreth, rreth" dhe vdes - "ditë") i nënshtrohen pa mëshirë shumë proceseve në trup: përveç gjumit dhe zgjimit, këto janë, për shembull, metabolizmi, nivelet hormonale, temperatura e trupit. , dhe madje (indirekt) sjellje.

Shumë studime tregojnë se sa e rëndësishme është për ne "ora e brendshme" natyrore. Për shembull, një zgjatim artificial orët e ditës mund të shkaktojë obezitet dhe sëmundje të ngjashme (si diabeti). NË kohë të ndryshme ditëve, trupi është i ndjeshëm ndaj infeksioneve në mënyra të ndryshme: ora biologjike e kafshëve ndikon në aftësinë e viruseve për t'u shumuar dhe përhapur. Edhe perceptimi i ngjyrave mund të shoqërohet me ritme cirkadiane - kjo u tregua në shembullin e vetë veshjes, për shkak të së cilës interneti pothuajse u grind në 2015.

Pse u dha çmimi në vitin 2017?

Alexandra Puchkova, e lartë Studiues laboratori i neurobiologjisë së gjumit dhe zgjimit të Institutit të Lartë aktiviteti nervor dhe Neurofiziologjia e Akademisë Ruse të Shkencave, tha se laureatët e vitit 2017 zbuluan një "orë celulare" në mizat e frutave. Më vonë, shkencëtarët zbuluan se ky mekanizëm i orës është mjaft universal - në një mënyrë të ngjashme, ndryshimi i ditës dhe natës fiksohet në nivelin gjenetik te kafshët dhe njerëzit e tjerë.

Për herë të parë, një gjen që ndikon në ritmin cirkadian u identifikua në vitet '70. Pastaj shkencëtarët e quajtën atë periudhë . Dy nga laureatët e sotëm, Geoffrey Hall dhe Michael Rosbash, ishin në gjendje të izolonin këtë gjen në 1984. Më pas ata treguan se proteina PER që kodon gjenin grumbullohet gjatë natës dhe shkatërrohet gjatë ditës.

"[Laureatët] zbuluan në mizat e frutave se ekziston një gjen. Më pas doli se në të vërtetë ka shumë nga këto gjene, ato rregullojnë njëri-tjetrin dhe nëse ndryshohen, atëherë kjo periudhë mund të bëhet më shumë ose më pak se 24 orë. , dhe nëse e thyeni, atëherë ajo [ gjen] do të zhduket fare. Dhe më pas zbuluan se një person ka një mekanizëm shumë të ngjashëm ... Ata treguan se si funksionon e gjithë kjo makinë, "shpjegoi Alexandra Puchkova.

Studiues, Laboratori i Gjenetikës, Instituti i Biologjisë Karelsky qendër shkencore RAS Irina Kurbatova nuk është e befasuar që çmimi është dhënë pikërisht për këto vepra - sipas saj, kjo është një zonë jashtëzakonisht premtuese kërkimin shkencor, të lidhura drejtpërdrejt me të dyja mjekësia themelore si dhe praktikën mjekësore.

Ç'pritet më tej?

Është interesante se “ora” e gjetur nga Hall, Rosbash dhe Young funksionon në të gjitha qelizat që kanë një bërthamë. Kështu ndërhyjnë në çdo gjë proceset biologjike të cilët janë të interesuar zonë e re shkencat, kronobiologjia.

Kronobiologët, së bashku me shkencëtarët e gjumit (specialistët e gjumit) dhe shkencëtarët e tjerë, po përpiqen të kuptojnë se si të ndikojnë në rivendosjen e "orës së brendshme", e cila, për shembull, ndodh kur fluturoni në një zonë tjetër kohore ose kur punoni në turni i nates. Siç shpjegojnë shkencëtarët, "ora" kimike në trupin tonë është në gjendje të perceptojë sinjalet e jashtme - kryesisht dritën. Kjo do të thotë se me ndihmën e terapisë me dritë do të jetë e mundur të trajtohet depresioni ose çrregullimi afektiv sezonal i shkaktuar nga orët e shkurtra të ditës në mënyrë të panatyrshme.

Ndër të tjera, ritmet cirkadiane rregullojnë ritmin presionin e gjakut, dhe nëse puna e tyre është e shqetësuar, një person ka rrezik i rritur patologjitë kardiovaskulare.

Pra kërkime laureatët e Nobelit përmblodhi bazë teorike nën të gjithë fushën e mjekësisë.

Artikulli i mëparshëm: Sa është shpejtësia e dritës Artikulli vijues: Karakteristikat e elementit të karbonit dhe vetitë kimike