Υποψήφιοι για το Νόμπελ Ιατρικής. Βραβείο Νόμπελ Ιατρικής για την ανακάλυψη των μηχανισμών των κιρκάδιων ρυθμών

Ιστότοπος Rainer Weiss, Barry Barish και Kip Thorne

Το Νόμπελ Φυσικής απονεμήθηκε το 2017 στους Rainer Weiss (1/2), Barry Barish και Kip Thorne (1/4) ο καθένας για την εφεύρεση του ανιχνευτή βαρυτικών κυμάτων και την έρευνά τους. Αυτό ανακοίνωσε η Επιτροπή Νόμπελ κατά τη διάρκεια ειδικής συνέντευξης Τύπου στη Στοκχόλμη.

Το Βραβείο Φυσικής απονεμήθηκε με τη διατύπωση: «Για καθοριστική συμβολή στον ανιχνευτή LIGO και την παρατήρηση βαρυτικών κυμάτων». Ο ανιχνευτής LIGO είναι ένα παρατηρητήριο βαρυτικών κυμάτων συμβολόμετρου λέιζερ που βρίσκεται στις Ηνωμένες Πολιτείες. Γύρω από αυτό σχηματίστηκε η Διεθνής Επιστημονική Κοινότητα LIGO. Οι φετινοί Νομπελίστες ίδρυσαν αυτό το έργο.

Να θυμίσουμε ότι πέρυσι το Νόμπελ Φυσικής μοιράστηκαν οι David Thoules (1/2 του βραβείου), Duncan Haldane (1/4) και Michael Kosterlitz (1/4). Ένα χρόνο νωρίτερα, τα βραβεία απονεμήθηκαν στους Takaaki Kajita (Ιαπωνία) και Arthur Munckdonald (Καναδάς) για. Το 2014, οι βραβευθέντες με Νόμπελ ήταν οι Ιάπωνες Isomo Akasaki, Hiroshi Amano και ένας Αμερικανός πολίτης επίσης ιαπωνικής καταγωγής, Shuji Nakamura.

Συνολικά, από το 1901 μέχρι σήμερα, το Νόμπελ Φυσικής έχει απονεμηθεί 110 φορές, προς τιμήν 204 επιστημόνων. Οι νικητές του υψηλότερου επιστημονικού βραβείου δεν ανακοινώθηκαν μόνο το 1916, το 1931, το 1934, το 1940, το 1941 και το 1942.

Ο νεότερος φυσικός που έλαβε Νόμπελ ήταν ο Αυστραλός Λόρενς Μπραγκ. Μαζί με τον πατέρα του, Γουίλιαμ Μπραγκ, αναγνωρίστηκε το 1915 για τις μελέτες του στην κρυσταλλική δομή χρησιμοποιώντας ακτίνες Χ. Ο επιστήμονας ήταν μόλις 25 ετών τη στιγμή της ανακοίνωσης των αποτελεσμάτων της ψηφοφορίας της Επιτροπής Νόμπελ. Και ο γηραιότερος νομπελίστας στη φυσική, ο Αμερικανός Ρέιμοντ Ντέιβις, ήταν 88 ετών την ημέρα της απονομής του βραβείου. Αφιέρωσε τη ζωή του στην αστροφυσική και μπόρεσε να ανακαλύψει τέτοια στοιχειώδη σωματίδια όπως τα κοσμικά νετρίνα.

Μεταξύ των βραβευθέντων φυσικών, ο λιγότερος αριθμός γυναικών είναι γυναίκες—μόνο δύο. Πρόκειται για τη Marie Curie, η οποία μαζί με τον σύζυγό της Pierre έλαβε βραβείο το 1903 για την έρευνα για τη ραδιενέργεια (ήταν, καταρχήν, η πρώτη γυναίκα που έλαβε το υψηλότερο επιστημονικό βραβείο) και η Maria Geppert-Mayer, η οποία βραβεύτηκε το 1963 για τις ανακαλύψεις της σχετικά με τη δομή του κελύφους του πυρήνα.

Μόνο ένας φυσικός έχει κερδίσει δύο φορές το βραβείο Νόμπελ Φυσικής - ο Αμερικανός John Bardeen βραβεύτηκε το 1956 για την έρευνά του στους ημιαγωγούς και το 1972 για τη δημιουργία της θεωρίας της υπεραγωγιμότητας. Ταυτόχρονα, η Μαρία Κιουρί έλαβε το δεύτερο Νόμπελ της το 1911, αλλά στον τομέα της χημείας - για την ανακάλυψη των χημικών στοιχείων ράδιο και πολώνιο. Μέχρι σήμερα παραμένει η μόνη επιστήμονας που έλαβε δύο βραβεία σε διαφορετικούς επιστημονικούς τομείς.

Βραβείο Νόμπελ Φυσιολογίας ή Ιατρικής- το υψηλότερο βραβείο για επιστημονικά επιτεύγματα στον τομέα της φυσιολογίας και της ιατρικής, που απονέμεται κάθε χρόνο από την Επιτροπή Νόμπελ στη Στοκχόλμη. Στους νικητές του βραβείου απονέμεται χρυσό μετάλλιο με την εικόνα του Άλφρεντ Νόμπελ και την αντίστοιχη επιγραφή, δίπλωμα και επιταγή για... ... Εγκυκλοπαίδεια Newsmakers

Το Νόμπελ Φυσιολογίας ή Ιατρικής είναι το υψηλότερο βραβείο για επιστημονικά επιτεύγματα στον τομέα της φυσιολογίας ή της ιατρικής, που απονέμεται κάθε χρόνο από την Επιτροπή Νόμπελ στη Στοκχόλμη. Περιεχόμενα 1 Προϋποθέσεις για την ανάδειξη υποψηφίων ... Wikipedia

Βραβείο Νόμπελ: ιστορία ίδρυσης και υποψηφιότητες- Τα βραβεία Νόμπελ είναι τα πιο αναγνωρισμένα διεθνή βραβεία, που απονέμονται ετησίως για εξαιρετική επιστημονική έρευνα, επαναστατικές εφευρέσεις ή σημαντικές συνεισφορές στον πολιτισμό ή την κοινωνία και φέρουν το όνομα του ιδρυτή τους, του Σουηδού... ... Εγκυκλοπαίδεια Newsmakers

Το Νόμπελ Φυσιολογίας ή Ιατρικής είναι το υψηλότερο βραβείο για επιστημονικά επιτεύγματα στον τομέα της φυσιολογίας και της ιατρικής, που απονέμεται κάθε χρόνο από την Επιτροπή Νόμπελ στη Στοκχόλμη. Περιεχόμενα 1 Προϋποθέσεις για την ανάδειξη υποψηφίων 2 Κατάλογος βραβευθέντων ... Wikipedia

Και η ιατρική είναι το υψηλότερο βραβείο για επιστημονικά επιτεύγματα στον τομέα της φυσιολογίας και της ιατρικής, που απονέμεται κάθε χρόνο από την Επιτροπή Νόμπελ στη Στοκχόλμη. Περιεχόμενα 1 Προϋποθέσεις για την ανάδειξη υποψηφίων 2 Κατάλογος βραβευθέντων ... Wikipedia

ΒΡΑΒΕΙΟ ΝΟΜΠΕΛ Νομική εγκυκλοπαίδεια

Μετάλλιο που απονέμεται σε βραβευμένο με Νόμπελ Βραβείο Νόμπελ (Σουηδικό Νόμπελ, Αγγλικό Βραβείο Νόμπελ ... Wikipedia

Wilhelm Roentgen (1845 1923), πρώτος νομπελίστας ... Wikipedia

Ένα διεθνές βραβείο που πήρε το όνομά του από τον ιδρυτή του, τον Σουηδό χημικό μηχανικό A. B. Nobel. Βραβεύεται κάθε χρόνο (από το 1901) για εξαιρετικά έργα στον τομέα της φυσικής, της χημείας, της ιατρικής και της φυσιολογίας, της οικονομίας (από το 1969), για τη λογοτεχνία... ... Εγκυκλοπαιδικό Λεξικό Οικονομικών και Νομικών

Σε 106 χρόνια, το βραβείο Νόμπελ έχει υποστεί μόνο μία καινοτομία- Η τελετή απονομής των βραβείων Νόμπελ, που καθιέρωσε ο Άλφρεντ Νόμπελ, και του Βραβείου Νόμπελ Ειρήνης πραγματοποιείται κάθε χρόνο την ημέρα του θανάτου του Α. Νόμπελ, στη Στοκχόλμη (Σουηδία) και στο Όσλο (Νορβηγία). Στις 10 Δεκεμβρίου 1901 πραγματοποιήθηκε η πρώτη τελετή απονομής... ... Εγκυκλοπαίδεια Newsmakers

Βιβλία

• Αξονική τομογραφία. Βασικές αρχές, τεχνική, ποιότητα εικόνας και τομείς κλινικής χρήσης, V. Kalender. 344 σελ. Η υπολογιστική τομογραφία (CT), για τη δημιουργία της οποίας οι G. Hounsfield και A. Cormack τιμήθηκαν με το Νόμπελ Ιατρικής το 1979, έχει γίνει μια από τις σημαντικότερες διαγνωστικές μεθόδους.…
• Τελομεράση. Πώς να διατηρήσετε τη νεότητα, να βελτιώσετε την υγεία και να αυξήσετε το προσδόκιμο ζωής, Michael Fossell. Πώς να διατηρήσετε τη νεότητα, να σταματήσετε τη γήρανση, να βελτιώσετε την υγεία και να αυξήσετε το προσδόκιμο ζωής; Η επιστήμη βρίσκεται στα πρόθυρα μιας επανάστασης: έρευνα στα τελομερή (τα άκρα των χρωμοσωμάτων) και...

ηλεκτρονικό βιβλίο

Στις 2 Οκτωβρίου 2017, η Επιτροπή Νόμπελ ανακοίνωσε τα ονόματα των νικητών του βραβείου Νόμπελ 2017 στη φυσιολογία ή την ιατρική. 9 εκατομμύρια σουηδικές κορώνες θα μοιραστούν ισόποσα από τους Αμερικανούς βιολόγους Jeffrey C. Hall, Michael Rosbash και Michael W. Young για την ανακάλυψη του μοριακού μηχανισμού του βιολογικού ρολογιού, δηλαδή τον ατελείωτα κυκλωμένο κιρκάδιο ρυθμό ζωής των οργανισμών, συμπεριλαμβανομένων των ανθρώπων. .

Για εκατομμύρια χρόνια, η ζωή έχει προσαρμοστεί στην περιστροφή του πλανήτη. Είναι γνωστό εδώ και πολύ καιρό ότι έχουμε ένα εσωτερικό βιολογικό ρολόι που προβλέπει και προσαρμόζεται στην ώρα της ημέρας. Το βράδυ θέλω να κοιμηθώ, και το πρωί θέλω να ξυπνήσω. Οι ορμόνες απελευθερώνονται στο αίμα αυστηρά σύμφωνα με ένα πρόγραμμα και οι ικανότητες/συμπεριφορά ενός ατόμου - συντονισμός, ταχύτητα αντίδρασης - εξαρτώνται επίσης από την ώρα της ημέρας. Πώς λειτουργεί όμως αυτό το εσωτερικό ρολόι;

Η ανακάλυψη του βιολογικού ρολογιού αποδίδεται στον Γάλλο αστρονόμο Jean-Jacques de Meran, ο οποίος τον 18ο αιώνα παρατήρησε ότι η μιμόζα ανοίγει προς τον Ήλιο τη μέρα και κλείνει τη νύχτα. Αναρωτήθηκε πώς θα συμπεριφερόταν το φυτό αν τοποθετούνταν σε σκοτάδι. Αποδείχθηκε ότι ακόμη και στο σκοτάδι, η μιμόζα ακολουθούσε το σχέδιο - ήταν σαν να είχε εσωτερικό ρολόι.

Οι βραβευθέντες με Νόμπελ απομόνωσαν ένα γονίδιο που ελέγχει τον καθημερινό βιολογικό ρυθμό στις μύγες των φρούτων (οι άνθρωποι και οι μύγες έχουν πολλά κοινά γονίδια λόγω της παρουσίας κοινών προγόνων). Έκαναν την πρώτη τους ανακάλυψη το 1984. Το γονίδιο που ανακαλύφθηκε ονομάστηκε περίοδος.

Γονίδιο περίοδοςκωδικοποιεί την πρωτεΐνη PER, η οποία συσσωρεύεται στα κύτταρα τη νύχτα και καταστρέφεται κατά τη διάρκεια της ημέρας. Η συγκέντρωση πρωτεΐνης PER ποικίλλει σε ένα πρόγραμμα 24 ωρών σύμφωνα με τον κιρκάδιο ρυθμό.

Στη συνέχεια εντόπισαν πρόσθετα συστατικά της πρωτεΐνης και αποκάλυψαν πλήρως τον αυτοσυντηρούμενο ενδοκυτταρικό μηχανισμό του κιρκάδιου ρυθμού - σε αυτή τη μοναδική απόκριση, η πρωτεΐνη PER μπλοκάρει τη γονιδιακή δραστηριότητα περίοδος, δηλαδή, το PER μπλοκάρει τη σύνθεση του εαυτού του, αλλά σταδιακά διασπάται κατά τη διάρκεια της ημέρας (βλ. διάγραμμα παραπάνω). Αυτός είναι ένας αυτοδύναμος μηχανισμός ατελείωτου βρόχου. Λειτουργεί με την ίδια αρχή σε άλλους πολυκύτταρους οργανισμούς.

Μετά την ανακάλυψη του γονιδίου, της αντίστοιχης πρωτεΐνης και του συνολικού μηχανισμού του εσωτερικού ρολογιού, έλειπαν μερικά ακόμη κομμάτια του παζλ. Οι επιστήμονες γνώριζαν ότι η πρωτεΐνη PER συσσωρεύεται στον πυρήνα του κυττάρου τη νύχτα. Γνώριζαν επίσης ότι το αντίστοιχο mRNA παράγεται στο κυτταρόπλασμα. Δεν ήταν σαφές πώς η πρωτεΐνη εισέρχεται από το κυτταρόπλασμα στον πυρήνα του κυττάρου. Το 1994, ο Michael Young ανακάλυψε ένα άλλο γονίδιο αιώνιος, η οποία κωδικοποιεί την πρωτεΐνη TIM, επίσης απαραίτητη για την κανονική λειτουργία του εσωτερικού ρολογιού. Απέδειξε ότι εάν το TIM προσκολληθεί στο PER, τότε ένα ζεύγος πρωτεϊνών μπορεί να διεισδύσει στον πυρήνα του κυττάρου, όπου μπλοκάρουν τη γονιδιακή δραστηριότητα περίοδος, κλείνοντας έτσι τον ατελείωτο κύκλο παραγωγής πρωτεΐνης PER.

Αποδεικνύεται ότι αυτός ο μηχανισμός προσαρμόζει το εσωτερικό μας ρολόι στην ώρα της ημέρας με εξαιρετική ακρίβεια. Ρυθμίζει διάφορες κρίσιμες λειτουργίες του σώματος, συμπεριλαμβανομένης της ανθρώπινης συμπεριφοράς, των επιπέδων ορμονών, του ύπνου, της θερμοκρασίας του σώματος και του μεταβολισμού. Ένα άτομο αισθάνεται αδιαθεσία εάν υπάρχει μια προσωρινή ασυμφωνία μεταξύ των εξωτερικών συνθηκών και του εσωτερικού βιολογικού του ρολογιού, για παράδειγμα, όταν ταξιδεύει μεγάλες αποστάσεις σε διαφορετικές ζώνες ώρας. Υπάρχουν επίσης στοιχεία ότι η χρόνια αναντιστοιχία μεταξύ του τρόπου ζωής και του σωματικού ρολογιού σχετίζεται με αυξημένο κίνδυνο για διάφορες ασθένειες, συμπεριλαμβανομένου του διαβήτη, της παχυσαρκίας, του καρκίνου και των καρδιαγγειακών παθήσεων.

Αργότερα, ο Michael Young αναγνώρισε ένα άλλο γονίδιο διπλή ώρα, που κωδικοποιεί την πρωτεΐνη DBT, η οποία επιβραδύνει τη συσσώρευση της πρωτεΐνης PER στο κύτταρο και επιτρέπει στο σώμα να προσαρμοστεί με μεγαλύτερη ακρίβεια στο 24ωρο.

Τα επόμενα χρόνια, οι σημερινοί βραβευθέντες με Νόμπελ έχουν φωτίσει με περισσότερες λεπτομέρειες τη συμμετοχή άλλων μοριακών συστατικών στον κιρκάδιο ρυθμό, έχουν βρει πρόσθετες πρωτεΐνες που εμπλέκονται στην ενεργοποίηση των γονιδίων περίοδος, και ανακάλυψε επίσης τους μηχανισμούς για το πώς το φως βοηθά στο συγχρονισμό του βιολογικού ρολογιού με τις εξωτερικές περιβαλλοντικές συνθήκες.

Από αριστερά προς τα δεξιά: Michael Rozbash, Michael Young, Geoffrey Hall

Η έρευνα στον μηχανισμό του εσωτερικού ρολογιού απέχει πολύ από το να έχει ολοκληρωθεί. Γνωρίζουμε μόνο τα κύρια μέρη του μηχανισμού. Η κιρκαδική βιολογία - η μελέτη του εσωτερικού ρολογιού και του κιρκάδιου ρυθμού - έχει αναδειχθεί ως ξεχωριστός ταχέως αναπτυσσόμενος τομέας έρευνας. Και όλα αυτά συνέβησαν χάρη στους τρεις νυν νικητές του βραβείου Νόμπελ.

Οι ειδικοί συζητούσαν εδώ και αρκετά χρόνια ότι ο μοριακός μηχανισμός των κιρκάδιων ρυθμών θα έπαιρνε το βραβείο Νόμπελ - και τώρα επιτέλους αυτό το γεγονός συνέβη.

Το Νόμπελ Φυσιολογίας ή Ιατρικής 2017 απονεμήθηκε στους Αμερικανούς καθηγητές Geoffrey Hall, Michael Rosbash και Michael Young. Μελέτησαν τον μηχανισμό που ρυθμίζει τους κιρκάδιους ρυθμούς του σώματος, το λεγόμενο κυτταρικό ρολόι. Παρουσιάζοντας τους βραβευθέντες, ο εμπειρογνώμονας της Επιτροπής Νόμπελ τόνισε ότι αυτό το ίδιο το πρόβλημα απέχει πολύ από το να είναι καινούργιο. Τον 18ο αιώνα, ένας Γάλλος επιστήμονας επέστησε την προσοχή σε μερικά λουλούδια που ανοίγουν το πρωί και κλείνουν το βράδυ. Ο βιολόγος πραγματοποίησε ένα πείραμα τοποθετώντας λουλούδια σε απόλυτο σκοτάδι για αρκετές ημέρες. Και συμπεριφέρονταν σαν να βρίσκονταν σε φυσικές συνθήκες. Παρόμοια εικόνα παρατηρήθηκε και στη μελέτη άλλων φυτών και ζώων. Τότε, για πρώτη φορά, διατυπώθηκε μια υπόθεση για το εσωτερικό ρολόι των ζωντανών οργανισμών. Ποια είναι η ουσία τους;

Καθένας από εμάς γνωρίζει τι είναι ένα συνηθισμένο ρολόι, μετράμε τον χρόνο χρησιμοποιώντας ένα εκκρεμές. Αλλά αποδεικνύεται ότι σχεδόν όλα τα έμβια όντα έχουν το δικό τους εσωτερικό ρολόι και αντί για εκκρεμές, η αλλαγή της ημέρας και της νύχτας «λειτουργεί» μέσα μας, η οποία είναι συνέπεια της περιστροφής της Γης γύρω από τον άξονά της», δήλωσε ένας καθηγητής. στο Ινστιτούτο Επιστήμης και Τεχνολογίας Skolkovo και ένας καθηγητής στο Πανεπιστήμιο Rutgers είπε στον ανταποκριτή της RG, επικεφαλής εργαστηρίων στο Ινστιτούτο Μοριακής Γενετικής της Ρωσικής Ακαδημίας Επιστημών και στο Ινστιτούτο Γονιδιακής Βιολογίας της Ρωσικής Ακαδημίας Επιστημών. - Από την αρχή της ζωής, όλα τα έμβια όντα έπρεπε να προσαρμοστούν σε μια τέτοια αλλαγή. Ενεργοποιήστε αυτά τα μικρά ρολόγια σε κάθε κύτταρο οποιουδήποτε οργανισμού. Και ζήσε από αυτούς. Σύμφωνα με τις «ενδείξεις» τους, αλλάξτε τη φυσιολογία σας - τρέξτε, κοιμηθείτε, φάτε και ούτω καθεξής.

Οι σημερινοί βραβευθέντες αποφάσισαν στα τέλη της δεκαετίας του '70 να κοιτάξουν μέσα σε αυτά τα ρολόγια και να καταλάβουν πώς λειτουργούν. Για να γίνει αυτό, μελέτησαν μύγες φρούτων και επέλεξαν έντομα με μεταλλάξεις στις οποίες οι κύκλοι ύπνου-αφύπνισης τους άλλαζαν. Ας πούμε ότι κάποιοι κοιμήθηκαν εντελώς τυχαία. Με αυτόν τον τρόπο, κατέστη δυνατός ο εντοπισμός γονιδίων που είναι υπεύθυνα για τη διασφάλιση ότι οι κύκλοι είναι σωστοί και συντονισμένοι.

Και μετά οι επιστήμονες κατάλαβαν το μοριακό υπόβαθρο αυτών των ρολογιών», λέει ο Σεβερίνοφ. - Αποδείχθηκε ότι τα γονίδια που εντοπίστηκαν ελέγχουν την παραγωγή ορισμένων πρωτεϊνών με τέτοιο τρόπο που συσσωρεύονται τη νύχτα και καταρρέουν κατά τη διάρκεια της ημέρας. Στην πραγματικότητα, τέτοιες διακυμάνσεις στη συγκέντρωση είναι ένα είδος εκκρεμούς στο σώμα μας. Και ανάλογα με αυτό, ενεργοποιούνται διάφορα γονίδια στο κύτταρο, το οποίο ελέγχει τελικά πολλές διαδικασίες.

Τότε οι επιστήμονες ανακάλυψαν ότι ακριβώς ο ίδιος μηχανισμός λειτουργεί όχι μόνο στις μύγες, αλλά σε όλα τα ζωντανά όντα. Εφευρέθηκε από τη φύση για να μετράει το χρόνο στο σώμα. Η πρακτική σημασία αυτής της ανακάλυψης είναι προφανής, για παράδειγμα, πολλές ψυχικές διαταραχές σχετίζονται με διαταραχές ύπνου λόγω διαταραχών στο σύστημα του κιρκάδιου κύκλου.

Αξιολογώντας την απονομή αυτού του βραβείου, αρκετοί ειδικοί έχουν ήδη δηλώσει ότι αυτό είναι ένα «ήρεμο βραβείο» δεν θα γίνει έκρηξη στην παγκόσμια επιστήμη, έστω και μόνο επειδή έγινε πριν από αρκετές δεκαετίες. Επιπλέον, η επιβράβευση παλαιών έργων γίνεται τάση. Ταυτόχρονα, η Επιτροπή Νόμπελ πέρασε το συγκλονιστικό έργο για την επεξεργασία του γονιδιώματος, το οποίο έχει γίνει μια έκρηξη τα τελευταία χρόνια. «Δεν συμφωνώ με αυτή την άποψη», λέει ο Severinov «Η επεξεργασία του γονιδιώματος θα πάρει το βραβείο της, και δεν είναι πραγματικά μια ανακάλυψη, αλλά μάλλον μια γενετική τεχνική και το κυτταρικό ρολόι είναι μια πραγματική, βαθιά θεμελιώδης επιστήμη ο κόσμος λειτουργεί.

Να σημειωθεί ότι η πρόβλεψη της Thomson Reuters, η οποία προέβλεψε τους βραβευθέντες από το 2002 και μαντεύει τους βραβευθέντες πιο συχνά σε σύγκριση με τους ανταγωνιστές της, αυτή τη φορά ήταν λάθος. Πόνταραν σε Αμερικανούς επιστήμονες που ασχολούνται με προβλήματα καρκίνου.

Η τελετή απονομής θα πραγματοποιηθεί παραδοσιακά στις 10 Δεκεμβρίου, την ημέρα του θανάτου του ιδρυτή των βραβείων Νόμπελ, Σουηδού επιχειρηματία και εφευρέτη Άλφρεντ Νόμπελ (1833-1896). Το βραβείο Νόμπελ 2017 αξίζει εννέα εκατομμύρια σουηδικές κορώνες (εκατομμύρια δολάρια ΗΠΑ).

Ο Jeffrey Hall γεννήθηκε το 1945 στη Νέα Υόρκη και εργάζεται στο Brandeis University από το 1974. Ο Michael Rosbash γεννήθηκε στο Kansas City και εργάζεται επίσης στο Brandeis University Ο Michael Young γεννήθηκε το 1945 στο Μαϊάμι και εργάζεται στο Πανεπιστήμιο Rockefeller στη Νέα Υόρκη .

Πώς λειτουργεί το βιολογικό ρολόι του σώματος. Γιατί απονεμήθηκε το Νόμπελ Ιατρικής το 2017;

Ιστότοπος Jeffrey Hall, Michael Rozbash και Michael Young

Τρεις Αμερικανοί επιστήμονες μοιράστηκαν το υψηλότερο επιστημονικό βραβείο για την έρευνα στον μηχανισμό των εσωτερικών ρολογιών σε ζωντανούς οργανισμούς

Η ζωή στη Γη είναι προσαρμοσμένη στην περιστροφή του πλανήτη μας γύρω από τον Ήλιο. Για πολλά χρόνια γνωρίζουμε για την ύπαρξη βιολογικών ρολογιών στους ζωντανούς οργανισμούς, συμπεριλαμβανομένων των ανθρώπων, που βοηθούν στην πρόβλεψη και την προσαρμογή στον κιρκάδιο ρυθμό. Πώς ακριβώς όμως λειτουργεί αυτό το ρολόι; Αμερικανοί γενετιστές και χρονοβιολόγοι μπόρεσαν να κοιτάξουν μέσα σε αυτόν τον μηχανισμό και να ρίξουν φως στις κρυφές λειτουργίες του. Οι ανακαλύψεις τους εξηγούν πώς τα φυτά, τα ζώα και οι άνθρωποι προσαρμόζουν τους βιολογικούς τους ρυθμούς ώστε να συγχρονίζονται με τον καθημερινό κύκλο της περιστροφής της Γης.

Χρησιμοποιώντας μύγες φρούτων ως δοκιμαστικούς οργανισμούς, οι νικητές του βραβείου Νόμπελ 2017 απομόνωσαν ένα γονίδιο που ελέγχει τον κανονικό κιρκάδιο ρυθμό στα ζωντανά όντα. Έδειξαν επίσης πώς αυτό το γονίδιο κωδικοποιεί μια πρωτεΐνη που συσσωρεύεται στο κύτταρο τη νύχτα και διασπάται κατά τη διάρκεια της ημέρας, αναγκάζοντάς το να διατηρήσει αυτόν τον ρυθμό. Στη συνέχεια εντόπισαν πρόσθετα συστατικά πρωτεΐνης που ελέγχουν τον αυτοσυντηρούμενο μηχανισμό του ρολογιού μέσα στο κύτταρο. Και τώρα γνωρίζουμε ότι το βιολογικό ρολόι λειτουργεί σύμφωνα με την ίδια αρχή τόσο μέσα στα μεμονωμένα κύτταρα όσο και μέσα σε πολυκύτταρους οργανισμούς, όπως οι άνθρωποι.

Χάρη στην εξαιρετική ακρίβεια, το εσωτερικό μας ρολόι προσαρμόζει τη φυσιολογία μας σε τόσο διαφορετικές φάσεις της ημέρας - πρωί, απόγευμα, βράδυ και βράδυ. Αυτό το ρολόι ρυθμίζει σημαντικές λειτουργίες όπως η συμπεριφορά, τα επίπεδα ορμονών, ο ύπνος, η θερμοκρασία του σώματος και ο μεταβολισμός. Η ευημερία μας υποφέρει όταν το εξωτερικό περιβάλλον και το εσωτερικό ρολόι δεν συγχρονίζονται. Ένα παράδειγμα είναι το λεγόμενο jet lag, το οποίο εμφανίζεται μεταξύ των ταξιδιωτών που μετακινούνται από τη μια ζώνη ώρας στην άλλη και στη συνέχεια για μεγάλο χρονικό διάστημα δεν μπορούν να προσαρμοστούν στη μετατόπιση της ημέρας και της νύχτας. Κοιμούνται τις ώρες της ημέρας και δεν μπορούν να κοιμηθούν το σκοτάδι. Σήμερα υπάρχουν επίσης πολλά στοιχεία ότι μια χρόνια αναντιστοιχία μεταξύ του τρόπου ζωής και των φυσικών βιορυθμών αυξάνει τον κίνδυνο διαφόρων ασθενειών.

Το εσωτερικό μας ρολόι δεν μπορεί να ξεγελαστεί

Πείραμα της Επιτροπής Νόμπελ Jean-Jacques d'Hortois de Mairan

Οι περισσότεροι ζωντανοί οργανισμοί προσαρμόζονται σαφώς στις καθημερινές περιβαλλοντικές αλλαγές. Ένας από τους πρώτους που απέδειξε την παρουσία αυτής της προσαρμογής τον 18ο αιώνα ήταν ο Γάλλος αστρονόμος Jean-Jacques d'Ortois de Mairan παρατήρησε έναν θάμνο μιμόζας και ανακάλυψε ότι τα φύλλα του γυρίζουν για να ακολουθήσουν τον ήλιο κατά τη διάρκεια της ημέρας και κλείνουν Ηλιοβασίλεμα Ο επιστήμονας αναρωτήθηκε τι θα συνέβαινε αν το φυτό βρισκόταν σε συνεχές σκοτάδι, ο ερευνητής ανακάλυψε ότι, ανεξάρτητα από την παρουσία του ηλιακού φωτός, τα φύλλα της πειραματικής μιμόζας συνεχίζουν να εκτελούν τις συνήθεις καθημερινές τους κινήσεις; Όπως αποδείχθηκε, τα φυτά έχουν το δικό τους εσωτερικό ρολόι.

Πιο πρόσφατη έρευνα έχει δείξει ότι όχι μόνο τα φυτά, αλλά και τα ζώα και οι άνθρωποι υπόκεινται σε ένα βιολογικό ρολόι που βοηθά στην προσαρμογή της φυσιολογίας μας στις καθημερινές αλλαγές. Αυτή η προσαρμογή ονομάζεται κιρκάδιος ρυθμός. Ο όρος προέρχεται από τις λατινικές λέξεις circa - "περίπου" και dies - "ημέρα". Αλλά το πώς ακριβώς λειτουργεί αυτό το βιολογικό ρολόι παρέμενε για καιρό ένα μυστήριο.

Ανακάλυψη του «γονιδίου του ρολογιού»

Στη δεκαετία του 1970, ο Αμερικανός φυσικός, βιολόγος και ψυχογενετιστής Seymour Benzer, μαζί με τον μαθητή του Ronald Konopka, ερεύνησαν εάν ήταν δυνατό να απομονωθούν γονίδια που ελέγχουν τον κιρκάδιο ρυθμό στις μύγες των φρούτων. Οι επιστήμονες κατάφεραν να δείξουν ότι μεταλλάξεις σε ένα άγνωστο σε αυτούς γονίδιο διαταράσσουν αυτόν τον ρυθμό στα πειραματικά έντομα. Το ονόμασαν γονίδιο περιόδου. Πώς όμως επηρέασε αυτό το γονίδιο τον κιρκάδιο ρυθμό;

Οι νικητές του βραβείου Νόμπελ 2017 πραγματοποίησαν επίσης πειράματα σε μύγες φρούτων. Στόχος τους ήταν να ανακαλύψουν τον μηχανισμό του εσωτερικού ρολογιού. Το 1984, ο Jeffrey Hall και ο Michael Rozbash, που συνεργάστηκαν στενά στο Πανεπιστήμιο Brandeis στη Βοστώνη, και ο Michael Young στο Πανεπιστήμιο Rockefeller στη Νέα Υόρκη, απομόνωσαν με επιτυχία το γονίδιο περιόδου. Ο Hall και ο Rozbash ανακάλυψαν στη συνέχεια ότι η πρωτεΐνη PER που κωδικοποιείται από αυτό το γονίδιο συσσωρεύεται στα κύτταρα κατά τη διάρκεια της νύχτας και καταστρέφεται κατά τη διάρκεια της ημέρας. Έτσι, το επίπεδο αυτής της πρωτεΐνης κυμαίνεται σε έναν κύκλο 24 ωρών σε συγχρονισμό με τον κιρκάδιο ρυθμό. Ανακαλύφθηκε το «εκκρεμές» του εσωτερικού κυτταρικού ρολογιού.

Μηχανισμός αυτορυθμιζόμενου ρολογιού

Ένα απλοποιημένο διάγραμμα του έργου των πρωτεϊνών στο κύτταρο που ρυθμίζουν τον κιρκάδιο ρυθμό Επιτροπή Νόμπελ

Ο επόμενος βασικός στόχος ήταν να κατανοήσουμε πώς αυτές οι κιρκαδικές ταλαντώσεις θα μπορούσαν να προκύψουν και να διατηρηθούν. Οι Hall και Rozbash πρότειναν ότι η πρωτεΐνη PER μπλοκάρει τη δραστηριότητα του γονιδίου περιόδου κατά τη διάρκεια του ημερήσιου κύκλου. Πίστευαν ότι, μέσω ενός ανασταλτικού βρόχου ανάδρασης, η πρωτεΐνη PER μπορούσε περιοδικά να αναστείλει τη δική της σύνθεση και έτσι να ρυθμίσει τα επίπεδά της σε έναν συνεχή κυκλικό ρυθμό.

Για να κατασκευαστεί αυτό το περίεργο μοντέλο, έλειπαν μόνο μερικά στοιχεία. Για να μπλοκάρει τη δραστηριότητα ενός γονιδίου περιόδου, η πρωτεΐνη PER που παράγεται στο κυτταρόπλασμα θα πρέπει να φτάσει στον πυρήνα του κυττάρου, όπου περιέχεται το γενετικό υλικό. Πειράματα των Hall και Rozbash έδειξαν ότι αυτή η πρωτεΐνη συσσωρεύεται πραγματικά στον πυρήνα τη νύχτα. Πώς όμως φτάνει εκεί; Αυτή η ερώτηση απαντήθηκε το 1994 από τον Michael Young, ο οποίος ανακάλυψε το δεύτερο κλειδί «γονίδιο ρολογιού», το οποίο κωδικοποιεί την πρωτεΐνη TIM που είναι απαραίτητη για τη διατήρηση ενός φυσιολογικού κιρκάδιου ρυθμού. Σε απλή και κομψή εργασία, έδειξε ότι όταν το TIM δεσμεύεται στο PER, οι δύο πρωτεΐνες είναι σε θέση να εισέλθουν στον πυρήνα του κυττάρου, όπου στην πραγματικότητα εμποδίζουν το γονίδιο περιόδου να λειτουργήσει για να κλείσει τον ανασταλτικό βρόχο ανάδρασης.

Αυτός ο ρυθμιστικός μηχανισμός εξήγησε πώς συνέβη αυτή η διακύμανση στα επίπεδα των κυτταρικών πρωτεϊνών, αλλά δεν απάντησε σε όλες τις ερωτήσεις. Για παράδειγμα, ήταν απαραίτητο να καθοριστεί τι ελέγχει τη συχνότητα των ημερήσιων διακυμάνσεων. Για να λύσει αυτό το πρόβλημα, ο Michael Young απομόνωσε ένα άλλο γονίδιο που κωδικοποιεί την πρωτεΐνη DBT, η οποία καθυστερεί τη συσσώρευση της πρωτεΐνης PER. Έτσι, ήταν δυνατό να κατανοήσουμε πώς ρυθμίζεται αυτή η ταλάντωση ώστε να συμπίπτει όσο το δυνατόν περισσότερο με τον 24ωρο κύκλο.

Αυτές οι ανακαλύψεις που έγιναν από τους σημερινούς βραβευθέντες αποτελούν τη βάση των βασικών αρχών της λειτουργίας του βιολογικού ρολογιού. Στη συνέχεια, ανακαλύφθηκαν και άλλα μοριακά συστατικά αυτού του μηχανισμού. Εξηγούν τη σταθερότητα της λειτουργίας του και την αρχή λειτουργίας του. Για παράδειγμα, οι Hall, Rozbash και Young ανακάλυψαν πρόσθετες πρωτεΐνες που απαιτούνται για την ενεργοποίηση του γονιδίου περιόδου, καθώς και έναν μηχανισμό με τον οποίο το φως της ημέρας συγχρονίζει το ρολόι του σώματος.

Η επίδραση των κιρκάδιων ρυθμών στην ανθρώπινη ζωή

Επιτροπή Νόμπελ ανθρώπινου κιρκάδιου ρυθμού

Το βιολογικό ρολόι εμπλέκεται σε πολλές πτυχές της πολύπλοκης φυσιολογίας μας. Γνωρίζουμε τώρα ότι όλοι οι πολυκύτταροι οργανισμοί, συμπεριλαμβανομένων των ανθρώπων, χρησιμοποιούν παρόμοιους μηχανισμούς για τον έλεγχο των κιρκάδιων ρυθμών. Τα περισσότερα από τα γονίδιά μας ρυθμίζονται από το βιολογικό ρολόι, έτσι ένας προσεκτικά συντονισμένος κιρκάδιος ρυθμός προσαρμόζει τη φυσιολογία μας στις διάφορες φάσεις της ημέρας. Χάρη στο θεμελιώδες έργο των σημερινών τριών νικητών του βραβείου Νόμπελ, η κιρκαδική βιολογία έχει εξελιχθεί σε ένα ευρύ και δυναμικό πεδίο έρευνας που εξετάζει την επίδραση των κιρκάδιων ρυθμών στην υγεία και την ευημερία μας. Και λάβαμε άλλη μια επιβεβαίωση ότι είναι ακόμα καλύτερο να κοιμάσαι το βράδυ, ακόμα κι αν είσαι ξενύχτισσα. Είναι πιο υγιεινό.

Αναφορά

Τζέφρι Χολ– γεννήθηκε το 1945 στη Νέα Υόρκη των Η.Π.Α. Έλαβε το διδακτορικό του το 1971 από το Πανεπιστήμιο της Ουάσιγκτον (Σιάτλ, Ουάσιγκτον). Μέχρι το 1973, υπηρέτησε ως καθηγητής στο Ινστιτούτο Τεχνολογίας της Καλιφόρνια (Πασαντένα, Καλιφόρνια). Από το 1974 εργάζεται στο Πανεπιστήμιο Brandeis (Waltham, Μασαχουσέτη). Το 2002 άρχισε να συνεργάζεται με το Πανεπιστήμιο του Μέιν.

Μάικλ Ρόζμπας– γεννήθηκε το 1944 στο Κάνσας Σίτι των Η.Π.Α. Ολοκλήρωσε το διδακτορικό του στο Τεχνολογικό Ινστιτούτο της Μασαχουσέτης (Κέιμπριτζ, Μασαχουσέτη). Για τα επόμενα τρία χρόνια ήταν διδακτορικός φοιτητής στο Πανεπιστήμιο του Εδιμβούργου στη Σκωτία. Από το 1974 εργάζεται στο Πανεπιστήμιο Brandeis (Waltham, Μασαχουσέτη).

Μάικλ Γιανγκ– γεννήθηκε το 1949 στο Μαϊάμι των Η.Π.Α. Ολοκλήρωσε τις διδακτορικές του σπουδές στο Πανεπιστήμιο του Τέξας (Όστιν, Τέξας) το 1975. Μέχρι το 1977 ολοκλήρωσε μεταδιδακτορικές σπουδές στο Πανεπιστήμιο του Στάνφορντ (Πάλο Άλτο, Καλιφόρνια). Το 1978 εντάχθηκε στη σχολή του Πανεπιστημίου Ροκφέλερ στη Νέα Υόρκη.

Μετάφραση υλικού από τη Βασιλική Σουηδική Ακαδημία Επιστημών.