Premiul Nobel pentru Fiziologie sau Medicină 2017 a fost acordat profesorilor americani Geoffrey Hall, Michael Rosbash și Michael Young. Ei au studiat mecanismul care reglează ritmurile circadiene ale corpului, așa-numitul ceas celular. Prezentându-le laureaților, expertul Comitetului Nobel a subliniat că această problemă în sine este departe de a fi nouă. În secolul al XVIII-lea, un om de știință francez a atras atenția asupra unor flori care se deschid dimineața și se închid noaptea. Biologul a efectuat un experiment prin plasarea florilor în întuneric complet timp de câteva zile. Și s-au comportat ca și cum ar fi în condiții naturale. O imagine similară a fost observată în studiul altor plante și animale. Apoi, pentru prima dată, a fost înaintată o ipoteză despre ceasul intern al organismelor vii. Care este esența lor?
Fiecare dintre noi știe ce este un ceas obișnuit; măsuram timpul folosind un pendul. Dar se dovedește că aproape toate ființele vii au propriul ceas intern și, în loc de un pendul, „funcționează” în noi schimbarea zilei și a nopții, care sunt o consecință a rotației Pământului în jurul axei sale”, a spus un profesor. la Institutul de Știință și Tehnologie Skolkovo și un profesor de la Universitatea Rutgers a spus unui corespondent RG.Șeful laboratoarelor la Institutul de Genetică Moleculară al Academiei Ruse de Științe și Institutul de Biologie Genetică al Academiei Ruse de Științe Konstantin Severinov. - Încă de la începutul vieții, toate viețuitoarele au trebuit să se adapteze la o astfel de schimbare. Porniți aceste mici ceasuri din fiecare celulă a oricărui organism. Și trăiește după ei. În conformitate cu „indicațiile” lor, schimbați-vă fiziologia - alergați, dormiți, mâncați și așa mai departe.
Actualii laureați au decis la sfârșitul anilor 70 să se uite în interiorul acestor ceasuri și să înțeleagă cum funcționează. Pentru a face acest lucru, au studiat muștele de fructe și au selectat insecte cu mutații în care ciclurile lor somn-veghe au fost modificate. Să spunem că unii au dormit complet aleatoriu. În acest fel, a fost posibilă identificarea genelor care sunt responsabile pentru asigurarea faptului că ciclurile sunt corecte și coordonate.
Și apoi oamenii de știință au descoperit fundalul molecular al acestor ceasuri”, spune Severinov. - S-a dovedit că genele identificate controlează producția anumitor proteine în așa fel încât acestea să se acumuleze noaptea și să se destrame în timpul zilei. De fapt, astfel de fluctuații de concentrare sunt un fel de pendul în corpul nostru. Și în funcție de aceasta, în celulă sunt activate diverse gene, care în cele din urmă controlează multe procese.
Apoi oamenii de știință au descoperit că exact același mecanism funcționează nu numai la muște, ci și la toate ființele vii. A fost inventat de natură pentru a număra timpul din corp. Semnificația practică a acestei descoperiri este evidentă, să zicem, multe probleme mentale asociată cu tulburările de somn din cauza perturbărilor sistemului ciclului circadian.
Evaluând acordarea acestui premiu, un număr de experți au declarat deja că acesta este un „premiu calm”; nu va deveni o explozie în știința mondială, fie și doar pentru că a fost făcut cu câteva decenii în urmă. Mai mult decât atât, recompensarea lucrărilor vechi devine o tendință. În același timp, comisia Nobel a trecut pe lângă lucrarea senzațională de editare a genomului, care a devenit un boom. anii recenti. "Nu sunt de acord cu această opinie", spune Severinov. "Editarea genomului își va primi premiul și nu este tocmai o descoperire, ci mai degrabă o tehnică genetică. Și ceasul celular este o știință fundamentală reală, profundă, explică cum lumea functioneaza.
De menționat că prognoza Thomson Reuters, care prezice laureații din 2002 și ghicește cel mai des laureați în comparație cu concurenții săi, a fost greșită de această dată. Ei au pariat pe oamenii de știință americani care lucrează la problemele cancerului.
Ceremonia de premiere va avea loc în mod tradițional pe 10 decembrie, ziua morții fondatorului Premiilor Nobel, antreprenorul și inventatorul suedez Alfred Nobel (1833-1896). Premiul Nobel 2017 valorează nouă milioane de coroane suedeze (milioane de dolari SUA).
Jeffrey Hall sa născut în 1945 la New York și a lucrat la Universitatea Brandeis din 1974. Michael Rosbash sa născut în Kansas City și lucrează și la Universitatea Brandeis. Michael Young sa născut în 1945 la Miami și lucrează la Universitatea Rockefeller din New York. .
Cum funcționează ceasul biologic al corpului. De ce a fost acordat Premiul Nobel pentru Medicină în 2017?
Site-ul web Jeffrey Hall, Michael Rozbash și Michael Young
Trei oameni de știință americani au împărțit cel mai înalt premiu științific pentru cercetarea mecanismului ceasurilor interne în organismele vii
Viața de pe Pământ este adaptată la rotația planetei noastre în jurul Soarelui. De mulți ani știm despre existența în organismele vii, inclusiv în oameni, a ceasurilor biologice care ajută la anticiparea și adaptarea la ritmul circadian. Dar cum funcționează exact acest ceas? Geneticienii și cronobiologii americani au putut să se uite în interiorul acestui mecanism și să arunce lumină asupra funcționării sale ascunse. Descoperirile lor explică modul în care plantele, animalele și oamenii își adaptează ritmurile biologice pentru a se sincroniza cu ciclul zilnic de rotație a Pământului.
Folosind muștele de fructe ca organisme de testare, câștigătorii Premiului Nobel 2017 au izolat o genă care controlează ritmul circadian normal al viețuitoarelor. Ei au arătat, de asemenea, cum această genă codifică o proteină care se acumulează în celulă noaptea și se descompune în timpul zilei, forțând-o astfel să mențină acest ritm. Ulterior, au identificat componente suplimentare de proteine care controlează mecanismul de ceas auto-susținut din interiorul celulei. Și acum știm că ceasul biologic funcționează după același principiu atât în interiorul celulelor individuale, cât și în interiorul organismelor multicelulare, cum ar fi oamenii.
Datorită preciziei excepționale, ceasul nostru intern adaptează fiziologia noastră la faze atât de diferite ale zilei - dimineața, după-amiaza, seara și noaptea. Acest ceas reglează atât de mult funcții importante, cum ar fi comportamentul, nivelurile hormonale, somnul, temperatura corpului și metabolismul. Bunăstarea noastră suferă atunci când mediul extern și ceasul intern nu sunt sincronizate. Un exemplu este așa-numitul jet lag, care apare în rândul călătorilor care se deplasează dintr-un fus orar în altul și apoi pentru o lungă perioadă de timp nu se pot adapta la schimbarea zilei și a nopții. Ei dorm în timpul zilei și nu pot dormi în timpul întunericului. Există, de asemenea, multe dovezi astăzi că o nepotrivire cronică între stilul de viață și bioritmurile naturale crește riscul de diverse boli.
Ceasul nostru intern nu poate fi păcălit
Experimentul Comitetului Nobel Jean-Jacques d'Hortois de Mairan
Majoritatea organismelor vii se adaptează în mod clar la schimbările zilnice mediu inconjurator. Unul dintre primii care au dovedit prezența acestei adaptări încă din secolul al XVIII-lea a fost astronomul francez Jean-Jacques d'Ortois de Mairan, care a observat un tufiș de mimoză și a descoperit că frunzele lui se întorc pentru a urma soarele în timpul zilei și se închid la apus de soare.Omul de știință s-a întrebat ce s-ar întâmpla dacă planta ar fi în întuneric constant?După efectuarea unui experiment simplu, cercetătorul a descoperit că, indiferent de prezență lumina soarelui, frunzele mimozei experimentale continuă să-și facă mișcările zilnice obișnuite. După cum se dovedește, plantele au propriul lor ceas intern.
Cercetări mai recente au arătat că nu numai plantele, ci și animalele și oamenii sunt supuși unui ceas biologic care ne ajută să ne adaptăm fiziologia la schimbările zilnice. Această adaptare se numește ritm circadian. Termenul provine de la cuvinte latine circa – „despre” și moare – „zi”. Dar exact cum funcționează acest ceas biologic a rămas mult timp un mister.
Descoperirea „genei ceasului”
În anii 1970, fizicianul, biologul și psihogeneticianul american Seymour Benzer, împreună cu studentul său Ronald Konopka, au investigat dacă este posibil să se izoleze gene care controlează ritmul circadian la muștele fructelor. Oamenii de știință au reușit să demonstreze că mutațiile într-o genă necunoscută de ei perturbă acest ritm la insectele experimentale. Au numit-o gena perioadei. Dar cum a influențat această genă ritmul circadian?
Laureații Premiului Nobel 2017 au efectuat și experimente pe muștele fructelor. Scopul lor a fost să descopere mecanismul ceasului intern. În 1984, Jeffrey Hall și Michael Rozbash, care au lucrat îndeaproape împreună la Universitatea Brandeis din Boston, și Michael Young de la Universitatea Rockefeller din New York, au izolat cu succes gena menstruației. Hall și Rozbash au descoperit apoi că proteina PER codificată de această genă se acumulează în celule în timpul nopții și este distrusă în timpul zilei. Astfel, nivelul acestei proteine fluctuează pe un ciclu de 24 de ore în sincronie cu ritmul circadian. A fost descoperit „pendulul” ceasului celular intern.
Mecanism de ceas cu autoreglare
O diagramă simplificată a activității proteinelor din celulă care reglează ritmul circadian al Comitetului Nobel
Următorul obiectiv cheie a fost să înțelegem cum ar putea apărea și menține aceste oscilații circadiene. Hall și Rozbash au sugerat că proteina PER blochează activitatea genei perioadei în timpul ciclului zilnic. Ei credeau că, printr-o buclă de feedback inhibitor, proteina PER și-ar putea inhiba periodic propria sinteză și, prin urmare, își poate regla nivelurile într-un ritm ciclic continuu.
Pentru a construi acest model curios, au lipsit doar câteva elemente. Pentru a bloca activitatea unei gene de perioadă, proteina PER produsă în citoplasmă ar trebui să ajungă la nucleul celulei, unde este conținut materialul genetic. Experimentele lui Hall și Rozbash au arătat că această proteină se acumulează de fapt în nucleu noaptea. Dar cum ajunge el acolo? La această întrebare a primit răspuns în 1994 de Michael Young, care a descoperit a doua cheie „genă ceas”, care codifică proteina TIM necesară pentru menținerea unui ritm circadian normal. Într-o muncă simplă și elegantă, el a arătat că atunci când TIM este legat de PER, cele două proteine sunt capabile să intre în nucleul celulei, unde blochează de fapt gena perioadei de a funcționa pentru a închide bucla de feedback inhibitor.
Acest mecanism de reglementare a explicat cum a apărut această fluctuație a nivelurilor. proteina celulara, dar tot nu a răspuns la toate întrebările. De exemplu, a fost necesar să se stabilească ce controlează frecvența fluctuațiilor zilnice. Pentru a rezolva această problemă, Michael Young a izolat o altă genă care codifică proteina DBT, care întârzie acumularea proteinei PER. Astfel, a fost posibil să înțelegem cum este reglată această oscilație pentru a coincide cât mai aproape cu ciclul de 24 de ore.
Aceste descoperiri făcute de laureații de astăzi stau la baza principiilor cheie ale funcționării ceasului biologic. Ulterior, au fost descoperite și alte componente moleculare ale acestui mecanism. Ele explică stabilitatea funcționării sale și principiul funcționării. De exemplu, Hall, Rozbash și Young au descoperit proteine suplimentare necesare pentru a activa gena perioadei, precum și un mecanism prin care lumina zilei sincronizează ceasul corporal.
Influența ritmurilor circadiene asupra vieții umane
Comitetul Nobel pentru ritmul circadian uman
Ceasul biologic este implicat în multe aspecte ale fiziologiei noastre complexe. Știm acum că toate organismele multicelulare, inclusiv oamenii, folosesc mecanisme similare pentru a controla ritmurile circadiene. Majoritatea genelor noastre sunt reglementate ceas biologic Prin urmare, un ritm circadian atent reglat ne adaptează fiziologia la diferitele faze ale zilei. Datorită muncii fundamentale a celor trei câștigători ai Premiului Nobel de astăzi, biologia circadiană a devenit un domeniu larg și dinamic de cercetare care examinează impactul ritmurilor circadiene asupra sănătății și bunăstării noastre. Și am primit încă o confirmare că este mai bine să dormi noaptea, chiar dacă ești o bufniță de noapte inveterata. E mai sanatos.
Referinţă
Geoffrey Hall– născut în 1945 la New York, SUA. Și-a luat doctoratul în 1971 la Universitatea din Washington (Seattle, Washington). Până în 1973 a ocupat funcția de profesor la Californian Institutul de Tehnologie(Pasadena, California). Din 1974 lucrează la Universitatea Brandeis (Waltham, Massachusetts). În 2002, a început să colaboreze cu Universitatea din Maine.
Michael Rozbash– născut în 1944 în Kansas City, SUA. Și-a terminat doctoratul la Massachusetts Institute of Technology (Cambridge, Massachusetts). În următorii trei ani a fost doctorand la Universitatea din Edinburgh din Scoția. Din 1974 lucrează la Universitatea Brandeis (Waltham, Massachusetts).
Michael Young– născut în 1949 în Miami, SUA. Și-a finalizat studiile doctorale la Universitatea din Texas (Austin, Texas) în 1975. Până în 1977, a finalizat studii postdoctorale la Universitatea Stanford (Palo Alto, California). În 1978 s-a alăturat facultății de la Universitatea Rockefeller din New York.
Traducerea materialelor de la Academia Regală Suedeză de Științe.
Premiul Nobel pentru Fiziologie sau Medicină. Un grup de oameni de știință din SUA i-au devenit proprietari. Michael Young, Jeffrey Hall și Michael Rosbash au primit premiul pentru descoperirea mecanismelor moleculare care controlează ritmul circadian.
Potrivit testamentului lui Alfred Nobel, premiul se acordă „oricine face o descoperire importantă” în acest domeniu. Redactorii TASS-DOSSIER au pregătit material despre procedura de acordare a acestui premiu și a laureaților acestuia.
Acordarea premiului și nominalizarea candidaților
Adunarea Nobel a Institutului Karolinska, situat la Stockholm, este responsabilă de acordarea premiului. Adunarea este formată din 50 de profesori ai institutului. Organismul său de lucru este Comitetul Nobel. Este format din cinci persoane alese de adunare dintre membrii săi pentru trei ani. Adunarea se întrunește de mai multe ori pe an pentru a discuta candidații selectați de comisie, iar în prima zi de luni din octombrie, alege laureatul cu majoritate de voturi.
Oamenii de știință au dreptul de a nominaliza pentru premiu tari diferite, inclusiv membri ai Adunării Nobel a Institutului Karolinska și câștigători ai Premiilor Nobel pentru Fiziologie și Medicină și Chimie, care au primit invitații speciale din partea Comitetului Nobel. Candidații pot fi propuși din septembrie până pe 31 ianuarie anul urmator. Există 361 de persoane care luptă pentru premiu în 2017.
Laureații
Premiul este acordat din 1901. Primul laureat a fost doctor german, microbiolog și imunolog Emil Adolf von Behring, care a dezvoltat o metodă de imunizare împotriva difteriei. În 1902, premiul a fost acordat lui Ronald Ross (Marea Britanie), care a studiat malaria; în 1905 - Robert Koch (Germania), care a studiat agenții cauzali ai tuberculozei; în 1923 - Frederick Banting (Canada) și John MacLeod (Marea Britanie) care au descoperit insulina; în 1924 - fondatorul electrocardiografiei, Willem Einthoven (Olanda); în 2003, Paul Lauterbur (SUA) și Peter Mansfield (Marea Britanie) au dezvoltat metoda imagistică prin rezonanță magnetică.
Potrivit Comitetului Nobel al Institutului Karolinska, cel mai faimos premiu este încă premiul din 1945 acordat lui Alexander Fleming, Ernest Chain și Howard Florey (Marea Britanie), care au descoperit penicilina. Unele descoperiri și-au pierdut semnificația în timp. Printre acestea se numără și metoda de lobotomie utilizată în tratament boală mintală. Portughezul António Egas-Moniz a primit premiul pentru dezvoltarea sa în 1949.
În 2016, premiul a fost acordat biologului japonez Yoshinori Ohsumi „pentru descoperirea mecanismului autofagiei” (procesul de procesare a unei celule de conținut inutil în ea).
Potrivit site-ului Nobel, astăzi sunt 211 persoane pe lista câștigătorilor de premii, inclusiv 12 femei. Printre laureați se numără doi dintre compatrioții noștri: fiziologul Ivan Pavlov (1904; pentru lucrări în domeniul fiziologiei digestive) și biologul și patologul Ilya Mechnikov (1908; pentru cercetarea imunității).
Statistici
În 1901-2016, Premiul pentru Fiziologie sau Medicină a fost acordat de 107 ori (în 1915-1918, 1921, 1925, 1940-1942, Adunarea Nobel a Institutului Karolinska nu a putut alege un laureat). De 32 de ori premiul a fost împărțit între doi laureați și de 36 de ori între trei. Varsta medie laureații au 58 de ani. Cel mai tânăr este canadianul Frederick Banting, care a primit premiul în 1923 la vârsta de 32 de ani, cel mai în vârstă este americanul Francis Peyton Rose (1966), în vârstă de 87 de ani.
Pe 2 octombrie 2017, Comitetul Nobel a anunțat numele laureaților Premiului Nobel 2017 pentru fiziologie sau medicină. 9 milioane de coroane suedeze vor fi împărțite în mod egal de către biologii americani Jeffrey C. Hall, Michael Rosbash și Michael W. Young pentru descoperirea mecanismului molecular al ceasului biologic, adică a ritmului circadian al vieții organismelor, în buclă nesfârșită, inclusiv oameni.
De-a lungul a milioane de ani, viața s-a adaptat la rotația planetei. Se știe de mult că avem un ceas biologic intern care anticipează și se adaptează la momentul zilei. Seara vreau să adorm, iar dimineața vreau să mă trezesc. Hormonii sunt eliberați în sânge strict conform unui program, iar abilitățile/comportamentul unei persoane - coordonare, viteza de reacție - depind, de asemenea, de momentul zilei. Dar cum funcționează acest ceas intern?
Descoperirea ceasului biologic este atribuită astronomului francez Jean-Jacques de Meran, care în secolul al XVIII-lea a observat că frunzele de mimoză se deschid spre Soare ziua și se închid noaptea. Se întrebă cum s-ar comporta planta dacă ar fi pusă în întuneric. S-a dovedit că și în întuneric, mimoza a urmat planul - parcă ar avea un ceas intern.
Mai târziu, astfel de bioritmuri au fost găsite la alte plante, animale și oameni. Aproape toate organismele vii de pe planetă reacționează la Soare: ritmul circadian este strâns construit în viața pământească, în metabolismul întregii vieți de pe planetă. Dar cum funcționează acest mecanism a rămas un mister.
Laureații Nobel au izolat o genă care controlează timpul zilei ritmul biologic, la muștele de fructe (oamenii și muștele au multe gene comune datorită prezenței strămoșilor comuni). Ei au făcut prima descoperire în 1984. Gena descoperită a fost numită perioadă.
Gene perioadă codifică proteina PER, care se acumulează în celule noaptea și este distrusă în timpul zilei. Concentrația proteinei PER variază pe un program de 24 de ore, în conformitate cu ritmul circadian.
Apoi au identificat componente suplimentare ale proteinei și au descoperit pe deplin mecanismul intracelular auto-susținut al ritmului circadian - în acest răspuns unic, proteina PER blochează activitatea genei. perioadă, adică PER blochează sinteza în sine, dar se descompune treptat pe parcursul zilei (vezi diagrama de mai sus). Acesta este un mecanism auto-suficient cu bucle la nesfârșit. Funcționează pe același principiu și în alte organisme multicelulare.
După descoperirea genei, a proteinei corespunzătoare și a mecanismului general al ceasului intern, mai lipseau câteva piese din puzzle. Oamenii de știință știau că proteina PER se acumulează în nucleul celulei noaptea. Ei știau, de asemenea, că ARNm-ul corespunzător este produs în citoplasmă. Nu era clar cum ajunge proteina din citoplasmă în nucleul celulei. În 1994, Michael Young a descoperit o altă genă atemporal, care codifică proteina TIM, necesară și pentru operatie normala ceasul intern. El a demonstrat că dacă TIM se atașează de PER, atunci o pereche de proteine poate pătrunde în nucleul celulei, unde blochează activitatea genelor. perioadă, închizând astfel ciclul nesfârșit al producției de proteine PER.
Se pare că acest mecanism adaptează ceasul nostru intern la ora din zi cu o precizie deosebită. Reglează diferit funcții critice organism, inclusiv comportamentul uman, nivelurile hormonale, somnul, temperatura corpului și metabolismul. O persoană se simte rău dacă există o discrepanță temporară între conditii externeși ceasul său biologic intern, de exemplu, atunci când călătoriți pe distanțe lungi în diferite fusuri orare. Există, de asemenea, dovezi că nepotrivirea cronică între stilul de viață și ceasul intern este asociată cu risc crescut apariția diferitelor boli, inclusiv diabet, obezitate, cancer și boli cardiovasculare.
Mai târziu, Michael Young a identificat o altă genă timp dublu, care codifică proteina DBT, care încetinește acumularea proteinei PER în celulă și permite corpului să se adapteze mai precis la ziua de 24 de ore.
În anii următori curentul laureatii Nobel au analizat mai în detaliu implicarea altor componente moleculare în ritmul circadian, au găsit proteine suplimentare care sunt implicate în activarea genelor perioadă, și, de asemenea, a descoperit mecanismele prin care lumina ajută la sincronizarea ceasului biologic cu condițiile de mediu externe.
De la stânga la dreapta: Michael Rozbash, Michael Young, Geoffrey Hall
Cercetarea mecanismului intern al ceasului este departe de a fi finalizată. Cunoaștem doar părțile principale ale mecanismului. Biologia circadiană - studiul ceasului intern și al ritmului circadian - a apărut ca o unitate separată direcția de dezvoltare cercetare. Și toate acestea s-au întâmplat datorită celor trei actuali laureați ai Premiului Nobel.
Experții discută de câțiva ani despre ce fel mecanism molecular ritmurile circadiene vor da Premiul Nobel – iar acest eveniment s-a întâmplat în sfârșit.
