Kaikki maapallon elämä on kehittynyt selviytymään pyörivästä planeetasta, mikä johtaa ennustettavissa olevaan siirtymiseen päivän ja yön välillä. Yksityiskohdat eroavat kasvien, sienten, bakteerien ja eläinten välillä, mutta yhtenäinen piirre on biologinen kello, jonka avulla organismi voi ennakoida muutosta ja valmistautua siihen.
Eläimissä yön ja päivän seurantaan keskittyvä kello on aivoissa, missä se vastaanottaa valoa verkkokalvosta synkronisoituna valon tai pimeyden kanssa. Mutta kaikilla kehon soluilla on omat kellonsa. Koska näiden biologisten kellojen sykli on lähellä 24 tuntia, niitä kutsutaan vuorokausipäiviksi (“circa” tarkoittaa ”noin” ja dian, joka tarkoittaa päivää, latinalaisesta “kuolee”).
Elämme nyt halvalla, kirkkaalla, keinotekoisella valolla, vuorotyöskentelyllä, unen puutteella ja jet-lagilla - kaikki tärkeimmät haasteet kehon muinaisille vuorokausipäivän valvontamekanismeille. Kaikki nämä vuorokausipäivän ja unen haasteet ovat liittyy sairauteen. Mutta meidän viimeisin tutkimuskäyttämällä hiiriä, huomasimme, että eri vuorokauden aikoina tulehdukset aiheuttavat sairauden vakavuuden.
Yllättäen havaitsimme, että immuunijärjestelmän soluissa osoittava kello oli vastuussa muutoksesta vasteena bakteeri-infektiolle. Erityisesti makrofaageiksi kutsuttuja erikoistuneita soluja, jotka ovat suuria soluja, jotka imevät ja tappavat bakteereja.
Hanki uusimmat sähköpostitse
Taiteilijan vaikutelma makrofaagista (sininen), joka imee tuberkuloosibakteereita (punainen). Kateryna Kon / Shutterstock
Makrofaagit, joko kasvaa lautasessa tai hiiressä, reagoivat eri tavoin vuorokauden eri päivinä. Ja kellon poistaminen käytöstä näissä soluissa johti supermakrofageihin, jotka liikkuivat nopeammin ja söivät enemmän bakteereja kuin normaalit makrofagit.
Havaitsimme, että ”kellottomat” makrofagit suojasivat hiiriä bakteeri-infektiolta monentyyppisillä bakteereilla. Makrofagien tarkempi tarkastelu paljasti, että solut näyttivät erilaisilta, ja niissä tapahtui merkittävä muutos rakenteellisissa proteiineissa, jotka ylläpitävät solun muotoa ja joita tarvitaan solujen liikkumiseen ja bakteerien syömiseen. Solujen sisäisen arkkitehtuurin tai sytoskeleton muutos tuli tutkimuksen painopisteeksi.
Havaitsimme, että makrofagin vuorokausipäivä kontrolloi suoraan sytoskeleton komponentteja. Näimme muutoksia sytoskeletalisten proteiinien rakennuspalikoiden määrässä ja myös sytoskeletan muutoksen pääregulaattorin aktiivisuudessa. Tämä pääregulaattori on RhoA-niminen proteiini.
RhoA aktivoituu bakteerikontaktilla ja ajaa makrofagin liikkumaan ja kuluttamaan bakteereja. Havaitsimme, että RhoA oli aktiivinen kellottomissa makrofaageissa, vaikka bakteereita ei ollut läsnä. Kun bakteerit ottivat yhteyttä normaaleihin makrofageihin, RhoA: sta tuli aktiivinen, mutta kellottomissa makrofaageissa ei tapahtunut enää muutosta, koska RhoA oli jo aktiivinen. Joten kellottomat makrofagit kytkettiin aina päälle ja pystyivät siten reagoimaan bakteerihyökkäykseen nopeammin.
Selvittääksemme, kuinka kello muutti makrofagien käyttäytymistä, käännyimme ydinkellomekanismiin. Tämä käsittää pienen ryhmän proteiineja, joiden määrä muuttuu ajan myötä, jolloin solut voivat kertoa ajan. Havaitsimme, että yksi näistä kellokertoimista, nimeltään BMAL1, oli välttämätön linkki kellon ja makrofagien käyttäytymisen välillä.
Tekijä toimitti
Antibioottien vähentäminen
Yksi nykymaailman tärkeimmistä ongelmista on bakteerien kasvava vastustuskyky antibiooteille. Uusia antibioottiluokkia ei ole ollut 30 vuoden ajan. Bakteerien vastustuskyky antibiooteille tarkoittaa, että meillä on hoitamattomia infektioita ja että meillä on tulevaisuus, jossa leikkauksesta tulee vaarallisempi.
On ensisijaisen tärkeää löytää uusia tapoja parantaa torjuntaa bakteereilta. Kellon ja bakteerien puolustusta yhdistävän piirin löytäminen avaa uuden reitin vähentää riippuvuutta nykyisten antibioottien rajoitetusta valikoimasta. Voi olla mahdollista parantaa luonnollista puolustusta bakteeri-infektioon kohdistamalla kello.
Ympäröivän kellon toimintaa voidaan muuttaa valotusaineella, muuttamalla ateria-aikoja, ihmispopulaatioiden geneettisellä vaihtelevuudella ja uusilla lääkkeillä, jotka pystyvät säätelemään tätä järjestelmää. Yksi ongelma kelloihin kohdistamisessa huumeiden kanssa on, että vaikutus muihin järjestelmiin on laaja ja seurauksia vaikea ennustaa. Lyhytaikainen interventio immuniteettien lisäämiseksi infektioilta voi kuitenkin tarjota etuja alhaisin kustannuksin.
Samoin riskialttiiden ihmisten vuorokausirytmin vahvistaminen esimerkiksi sairaaloissa valaistusta ja ateriaaikoja säätelemällä voi lisätä immuniteettia ja estää sairaalassa saatuja infektioita.
Author
Endokrinologian professori David Ray, Oxfordin yliopisto ja Gareth Kitchen, akateeminen kliininen luennoitsija ja anestesisti, Manchesterin yliopisto
Tämä artikkeli julkaistaan uudelleen Conversation Creative Commons -lisenssin alla. Lue alkuperäinen artikkeli.
kirjat_terveys
