Όλη η ζωή στη Γη έχει εξελιχθεί για να αντιμετωπίσει έναν περιστρεφόμενο πλανήτη που έχει ως αποτέλεσμα την προβλέψιμη μετάβαση μεταξύ ημέρας και νύχτας. Οι λεπτομέρειες διαφέρουν μεταξύ φυτών, μυκήτων, βακτηρίων και ζώων, αλλά το σταθερό χαρακτηριστικό είναι ένα βιολογικό «ρολόι» που επιτρέπει στον οργανισμό να προβλέψει την αλλαγή και να προετοιμαστεί για αυτήν.
Στα ζώα, το κεντρικό ρολόι που παρακολουθεί τη νύχτα και την ημέρα βρίσκεται στον εγκέφαλο όπου λαμβάνει φως από τον αμφιβληστροειδή για να διατηρείται συγχρονισμένο με το φως ή το σκοτάδι. Αλλά όλα τα κύτταρα στο σώμα έχουν τα δικά τους ρολόγια. Επειδή αυτά τα βιολογικά ρολόγια έχουν έναν κύκλο που πλησιάζει τις 24 ώρες, ονομάζονται κιρκαδικά ("circa" που σημαίνει "περίπου" και dian, που σημαίνει ημέρα, από το λατινικό "dies").
Τώρα ζούμε με φθηνό, φωτεινό, τεχνητό φως, εργασία με βάρδιες, στέρηση ύπνου και jet-lag-όλες οι μεγάλες προκλήσεις για τους αρχαίους κιρκαδικούς μηχανισμούς ελέγχου στο σώμα μας. Όλες αυτές οι προκλήσεις του κιρκάδιου και του ύπνου είναι που σχετίζονται με ασθένειες. Αλλά στο δικό μας τελευταία μελέτη, χρησιμοποιώντας ποντίκια, ανακαλύψαμε ότι οι λοιμώξεις σε διαφορετικές ώρες της ημέρας προκαλούν διαφορετική σοβαρότητα της νόσου.
Παραδόξως, διαπιστώσαμε ότι το ρολόι που χτυπούσε στα κύτταρα του ανοσοποιητικού συστήματος ήταν υπεύθυνο για την αλλαγή ως απάντηση σε βακτηριακή μόλυνση. Συγκεκριμένα, εξειδικευμένα κύτταρα που ονομάζονται μακροφάγα, τα οποία είναι μεγάλα κύτταρα που καταπίνουν και σκοτώνουν βακτήρια.
Λάβετε τα πιο πρόσφατα μέσω email
Εντύπωση ενός καλλιτέχνη για ένα μακροφάγο (μπλε) που τυλίγει βακτήρια φυματίωσης (κόκκινο). Kateryna Kon / Shutterstock
Τα μακροφάγα, είτε μεγαλώνουν σε πιάτο είτε σε ποντίκι, ανταποκρίνονταν διαφορετικά σε διαφορετικές ώρες της ημέρας. Και η απενεργοποίηση του ρολογιού σε αυτά τα κύτταρα οδήγησε σε σούπερ μακροφάγα, τα οποία κινήθηκαν πιο γρήγορα και έφαγαν περισσότερα βακτήρια από τα κανονικά μακροφάγα.
Διαπιστώσαμε ότι τα «χωρίς ρολόι» μακροφάγα προστατεύουν τα ποντίκια από βακτηριακή μόλυνση με πολλούς τύπους βακτηρίων. Μια πιο προσεκτική ματιά στα μακροφάγα αποκάλυψε ότι τα κύτταρα φαίνονταν διαφορετικά, με μια σημαντική αλλαγή στις δομικές πρωτεΐνες που διατηρούν το κυτταρικό σχήμα και χρειάζονται για την κυτταρική κίνηση και για την κατανάλωση βακτηρίων. Η αλλαγή στην εσωτερική αρχιτεκτονική του κυττάρου, ή κυτταροσκελετό, έγινε το επίκεντρο των μελετών μας.
Ανακαλύψαμε ότι το κιρκάδιο ρολόι μακροφάγων έλεγχε άμεσα τα συστατικά του κυτταροσκελετού. Είδαμε αλλαγές στην ποσότητα δομικών στοιχείων της κυτταροσκελετικής πρωτεΐνης, καθώς και στη δραστηριότητα ενός βασικού ρυθμιστή της κυτταροσκελετικής αλλαγής. Αυτός ο κύριος ρυθμιστής είναι μια πρωτεΐνη που ονομάζεται RhoA.
Το RhoA ενεργοποιείται με βακτηριακή επαφή και οδηγεί το μακροφάγο να κινείται και να καταναλώνει βακτήρια. Διαπιστώσαμε ότι το RhoA ήταν ενεργό στα μακροφάγα χωρίς ρολόι ακόμη και όταν δεν υπήρχαν βακτήρια. Όταν τα βακτήρια ήρθαν σε επαφή με τα κανονικά μακροφάγα, το RhoA έγινε ενεργό, αλλά δεν υπήρξε καμία περαιτέρω αλλαγή στα μακροφάγα χωρίς ρολόι, καθώς το RhoA ήταν ήδη ενεργό. Έτσι, τα μακροφάγα χωρίς ρολόι ήταν πάντα ενεργοποιημένα και ήταν σε θέση να ανταποκριθούν πιο γρήγορα σε βακτηριακή επίθεση.
Για να μάθουμε πώς το ρολόι άλλαζε τη συμπεριφορά των μακροφάγων, στρέψαμε στον κεντρικό μηχανισμό ρολογιού. Αυτό περιλαμβάνει μια μικρή ομάδα πρωτεϊνών που αλλάζουν σε αφθονία με την πάροδο του χρόνου, επιτρέποντας έτσι στα κύτταρα να πουν την ώρα. Διαπιστώσαμε ότι ένας από αυτούς τους παράγοντες ρολογιού, που ονομάζεται BMAL1, ήταν ο ουσιαστικός σύνδεσμος μεταξύ του ρολογιού και της συμπεριφοράς των μακροφάγων.
Συγγραφέας παρέχεται
Μείωση της εξάρτησης από αντιβιοτικά
Ένα από τα σημαντικότερα προβλήματα που αντιμετωπίζει ο σύγχρονος κόσμος είναι η αυξανόμενη αντίσταση των βακτηρίων στα αντιβιοτικά. Δεν υπάρχουν νέες κατηγορίες αντιβιοτικών εδώ και 30 χρόνια. Η βακτηριακή αντίσταση στα αντιβιοτικά σημαίνει ότι έχουμε μη θεραπεύσιμες λοιμώξεις και αντιμετωπίζουμε ένα μέλλον όπου η χειρουργική επέμβαση θα γίνει πιο επικίνδυνη.
Η εύρεση νέων τρόπων ενίσχυσης της άμυνας έναντι των βακτηρίων αποτελεί υψηλή προτεραιότητα. Η ανακάλυψη ενός κυκλώματος που συνδέει το ρολόι με την βακτηριακή άμυνα ανοίγει μια νέα οδό για να μειώσει την εξάρτησή μας από το περιορισμένο φάσμα των υπαρχόντων αντιβιοτικών. Μπορεί να είναι δυνατό να ενισχυθεί η φυσική άμυνα σε βακτηριακή μόλυνση στοχεύοντας το ρολόι.
Η λειτουργία του κιρκαδικού ρολογιού μπορεί να αλλάξει από την έκθεση στο φως, από την αλλαγή των ωρών των γευμάτων, από τη γενετική μεταβλητότητα εντός των ανθρώπινων πληθυσμών και από νέα φάρμακα ικανά να ρυθμίσουν αυτό το σύστημα. Ένα πρόβλημα με τη στόχευση του ρολογιού με φάρμακα είναι ότι ο αντίκτυπος σε άλλα συστήματα θα είναι ευρύς και οι συνέπειες είναι δύσκολο να προβλεφθούν. Αλλά η βραχυπρόθεσμη παρέμβαση για την ενίσχυση της ασυλίας έναντι των λοιμώξεων μπορεί να προσφέρει οφέλη, με χαμηλό κόστος.
Ομοίως, η ενίσχυση του κιρκαδικού ρυθμού των ατόμων υψηλού κινδύνου, στα νοσοκομεία, για παράδειγμα, με τον έλεγχο του φωτισμού και των ωρών των γευμάτων μπορεί να ενισχύσει την ασυλία και να αποτρέψει λοιμώξεις από νοσοκομείο.
Σχετικά με το Συγγραφέας
David Ray, Καθηγητής Ενδοκρινολογίας, Πανεπιστήμιο της Οξφόρδης και Gareth Kitchen, Ακαδημαϊκός Κλινικός Λέκτορας και Αναισθησιολόγος, Πανεπιστήμιο του Manchester
Αυτό το άρθρο αναδημοσιεύθηκε από το Η Συνομιλία υπό την άδεια Creative Commons. Διαβάστε το αρχικό άρθρο.
βιβλία_Υγεία
