ที่ได้รับรางวัลโนเบลสาขาการแพทย์ รางวัลโนเบลสาขาการแพทย์จากการค้นพบกลไกของจังหวะการเต้นของหัวใจ

นาฬิกาชีวภาพของร่างกายทำงานอย่างไร เหตุใดจึงได้รับรางวัลโนเบลสาขาการแพทย์ในปี 2560

เว็บไซต์ Jeffrey Hall, Michael Rozbash และ Michael Young

นักวิทยาศาสตร์ชาวอเมริกันสามคนแบ่งปันรางวัลทางวิทยาศาสตร์สูงสุดสำหรับการวิจัยเกี่ยวกับกลไกของนาฬิกาภายในในสิ่งมีชีวิต

สิ่งมีชีวิตบนโลกได้รับการปรับให้เข้ากับการหมุนรอบดาวเคราะห์ของเรารอบดวงอาทิตย์ เป็นเวลาหลายปีที่เราทราบเกี่ยวกับการดำรงอยู่ภายในสิ่งมีชีวิตรวมทั้งมนุษย์ด้วย นาฬิกาชีวภาพซึ่งช่วยในการคาดการณ์จังหวะการเต้นของหัวใจและปรับให้เข้ากับจังหวะนั้น แต่นาฬิกาเรือนนี้ทำงานอย่างไรกันแน่? นักพันธุศาสตร์และนักโครโนชีววิทยาชาวอเมริกันสามารถตรวจดูภายในกลไกนี้และให้ความกระจ่างเกี่ยวกับการทำงานที่ซ่อนอยู่ของมัน การค้นพบของพวกเขาอธิบายว่าพืช สัตว์ และมนุษย์ปรับตัวอย่างไร จังหวะทางชีวภาพเพื่อประสานกับวงจรการหมุนของโลกในแต่ละวัน

ผู้ได้รับรางวัลโนเบลปี 2017 ใช้แมลงวันผลไม้เป็นสิ่งมีชีวิตทดสอบ โดยแยกยีนที่ควบคุมจังหวะการทำงานของชีวิตในสิ่งมีชีวิตได้ พวกเขายังแสดงให้เห็นว่ายีนนี้เข้ารหัสโปรตีนที่สะสมอยู่ในเซลล์ในเวลากลางคืนและสลายตัวในระหว่างวันได้อย่างไร จึงบังคับให้รักษาจังหวะนี้ไว้ ต่อมาพวกเขาได้ระบุส่วนประกอบโปรตีนเพิ่มเติมที่ควบคุมกลไกนาฬิกาที่ยั่งยืนภายในเซลล์ และตอนนี้เรารู้แล้วว่านาฬิกาชีวภาพทำงานตามหลักการเดียวกันทั้งภายในเซลล์แต่ละเซลล์และภายในสิ่งมีชีวิตหลายเซลล์ เช่น มนุษย์

ด้วยความแม่นยำเป็นพิเศษ นาฬิกาภายในของเราจึงปรับสรีรวิทยาของเราให้เข้ากับช่วงต่างๆ ของวัน เช่น เช้า บ่าย เย็น และกลางคืน นาฬิกาเรือนนี้ควบคุมได้มาก ฟังก์ชั่นที่สำคัญเช่นพฤติกรรม ระดับฮอร์โมน การนอนหลับ อุณหภูมิร่างกาย และการเผาผลาญ ความเป็นอยู่ที่ดีของเราประสบเมื่อสภาพแวดล้อมภายนอกและนาฬิกาภายในไม่ตรงกัน ตัวอย่างคือสิ่งที่เรียกว่าเจ็ตแล็ก ซึ่งเกิดขึ้นในหมู่นักเดินทางที่ย้ายจากเขตเวลาหนึ่งไปยังอีกเขตเวลาหนึ่ง จากนั้นเป็นเวลานานไม่สามารถปรับตัวให้เข้ากับการเปลี่ยนแปลงของกลางวันและกลางคืนได้ พวกเขานอนในช่วงเวลากลางวันและไม่สามารถนอนหลับได้ในความมืด ปัจจุบันมีหลักฐานมากมายว่าความไม่สอดคล้องกันเรื้อรังระหว่างวิถีชีวิตและจังหวะทางชีวภาพตามธรรมชาติเพิ่มความเสี่ยงต่อโรคต่างๆ

นาฬิกาภายในของเราไม่สามารถถูกหลอกได้

การทดลองของคณะกรรมการโนเบลของ Jean-Jacques d'Hortois de Mairan

สิ่งมีชีวิตส่วนใหญ่ปรับตัวเข้ากับการเปลี่ยนแปลงในแต่ละวันได้อย่างชัดเจน สิ่งแวดล้อม- หนึ่งในคนกลุ่มแรกๆ ที่พิสูจน์การมีอยู่ของการปรับตัวนี้ย้อนกลับไปในศตวรรษที่ 18 คือนักดาราศาสตร์ชาวฝรั่งเศส Jean-Jacques d'Ortois de Mairan เขาสังเกตพุ่มผักกระเฉดและค้นพบว่าใบของมันหันไปตามดวงอาทิตย์ในตอนกลางวันและปิดที่ พระอาทิตย์ตก นักวิทยาศาสตร์สงสัยว่าจะเกิดอะไรขึ้นหากพืชอยู่ในความมืดตลอดเวลา หลังจากทำการทดลองง่ายๆ ผู้วิจัยพบว่า ไม่ว่าจะมีอยู่หรือไม่ แสงแดดใบของผักกระเฉดทดลองยังคงเคลื่อนไหวตามปกติในแต่ละวัน ปรากฎว่าพืชมีนาฬิกาภายในของตัวเอง

การวิจัยล่าสุดแสดงให้เห็นว่าไม่เพียงแต่พืชเท่านั้น สัตว์และมนุษย์ยังขึ้นอยู่กับนาฬิกาชีวภาพที่ช่วยปรับสรีรวิทยาของเราให้เข้ากับการเปลี่ยนแปลงในแต่ละวัน การปรับตัวนี้เรียกว่าจังหวะเซอร์คาเดียน คำนี้มาจาก คำภาษาละตินประมาณ – “ประมาณ” และตาย – “วัน” แต่วิธีการทำงานของนาฬิกาชีวภาพนี้ยังคงเป็นปริศนามายาวนาน

การค้นพบ "ยีนนาฬิกา"

ในปี 1970 นักฟิสิกส์ นักชีววิทยา และนักจิตวิทยาชาวอเมริกัน ซีมัวร์ เบนเซอร์ ร่วมกับโรนัลด์ โคนอปกา นักเรียนของเขา ตรวจสอบว่าเป็นไปได้หรือไม่ที่จะแยกยีนที่ควบคุมจังหวะการทำงานของร่างกายในแมลงวันผลไม้ นักวิทยาศาสตร์สามารถแสดงให้เห็นว่าการกลายพันธุ์ของยีนที่ไม่รู้จักขัดขวางจังหวะนี้ในแมลงทดลอง พวกเขาเรียกมันว่ายีนประจำเดือน แต่ยีนนี้มีอิทธิพลต่อจังหวะการเต้นของหัวใจอย่างไร?

ผู้ได้รับรางวัลโนเบลประจำปี 2017 ได้ทำการทดลองกับแมลงวันผลไม้ด้วย เป้าหมายของพวกเขาคือการค้นพบกลไกของนาฬิกาภายใน ในปี 1984 Jeffrey Hall และ Michael Rozbash ซึ่งทำงานร่วมกันอย่างใกล้ชิดที่ Brandeis University ในบอสตัน และ Michael Young ที่ The Rockefeller University ในนิวยอร์ก สามารถแยกยีนที่มีประจำเดือนได้สำเร็จ จากนั้น Hall และ Rozbash ค้นพบว่าโปรตีน PER ที่ถูกเข้ารหัสโดยยีนนี้จะสะสมอยู่ในเซลล์ในตอนกลางคืนและถูกทำลายในระหว่างวัน ดังนั้นระดับของโปรตีนนี้จะผันผวนตลอดวงจร 24 ชั่วโมงโดยสอดคล้องกับจังหวะการเต้นของหัวใจ พบ "ลูกตุ้ม" ของนาฬิกาเซลลูล่าร์ภายใน

กลไกนาฬิกาควบคุมตนเอง

แผนภาพแบบง่ายของการทำงานของโปรตีนในเซลล์ที่ควบคุมจังหวะการเต้นของหัวใจ คณะกรรมการโนเบล

เป้าหมายสำคัญถัดไปคือการทำความเข้าใจว่าการแกว่งของนาฬิการอบวันเหล่านี้อาจเกิดขึ้นและรักษาไว้ได้อย่างไร Hall และ Rozbash แนะนำว่าโปรตีน PER ขัดขวางการทำงานของยีนที่มีประจำเดือนในระหว่างวงจรรายวัน พวกเขาเชื่อว่าผ่านวงจรป้อนกลับแบบยับยั้ง โปรตีน PER สามารถยับยั้งการสังเคราะห์ของตัวเองเป็นระยะๆ และด้วยเหตุนี้จึงควบคุมระดับของมันในจังหวะวงจรที่ต่อเนื่อง

ในการสร้างโมเดลที่น่าสงสัยนี้ มีองค์ประกอบเพียงไม่กี่อย่างที่ขาดหายไป ในการปิดกั้นการทำงานของยีนช่วงเวลา โปรตีน PER ที่ผลิตในไซโตพลาสซึมจะต้องไปถึงนิวเคลียสของเซลล์ซึ่งมีสารพันธุกรรมอยู่ การทดลองของ Hall และ Rozbash แสดงให้เห็นว่าโปรตีนนี้สะสมอยู่ในนิวเคลียสในเวลากลางคืน แต่เขาไปที่นั่นได้อย่างไร? คำถามนี้ได้รับคำตอบในปี 1994 โดย Michael Young ผู้ค้นพบ "ยีนนาฬิกา" ที่สำคัญตัวที่สอง ซึ่งเข้ารหัสโปรตีน TIM ที่จำเป็นสำหรับการรักษาจังหวะการเต้นของหัวใจให้เป็นปกติ ในงานที่เรียบง่ายและสง่างาม เขาแสดงให้เห็นว่าเมื่อ TIM เชื่อมโยงกับ PER โปรตีนทั้งสองชนิดสามารถเข้าสู่นิวเคลียสของเซลล์ได้ โดยที่พวกมันจะปิดกั้นยีนที่มีคาบจากการทำงานเพื่อปิดลูปป้อนกลับแบบยับยั้ง

กลไกการกำกับดูแลนี้อธิบายว่าระดับความผันผวนนี้เกิดขึ้นได้อย่างไร โปรตีนของเซลล์แต่ก็ยังตอบไม่หมดทุกคำถาม ตัวอย่างเช่น จำเป็นต้องกำหนดสิ่งที่ควบคุมความถี่ของความผันผวนในแต่ละวัน เพื่อแก้ปัญหานี้ Michael Young ได้แยกยีนอีกตัวหนึ่งที่เข้ารหัสโปรตีน DBT ซึ่งจะทำให้การสะสมของโปรตีน PER ช้าลง ดังนั้นจึงเป็นไปได้ที่จะเข้าใจว่าการแกว่งนี้ถูกควบคุมอย่างไรเพื่อให้ใกล้เคียงที่สุดกับรอบ 24 ชั่วโมง

การค้นพบเหล่านี้โดยผู้ได้รับรางวัลในปัจจุบันเป็นรากฐานสำคัญของการทำงานของนาฬิกาชีวภาพ ต่อมาได้ค้นพบส่วนประกอบระดับโมเลกุลอื่นๆ ของกลไกนี้ พวกเขาอธิบายความเสถียรของการดำเนินงานและหลักการทำงาน ตัวอย่างเช่น ฮอลล์, รอซแบช และยัง ค้นพบโปรตีนเพิ่มเติมที่จำเป็นในการกระตุ้นยีนที่มีคาบ เช่นเดียวกับกลไกที่ทำให้แสงแดดประสานกับนาฬิกาชีวิต

อิทธิพลของจังหวะการเต้นของหัวใจต่อชีวิตมนุษย์

คณะกรรมการโนเบลจังหวะการเต้นของหัวใจของมนุษย์

นาฬิกาชีวภาพเกี่ยวข้องกับหลายแง่มุมของสรีรวิทยาที่ซับซ้อนของเรา ตอนนี้เรารู้แล้วว่าสิ่งมีชีวิตหลายเซลล์ทั้งหมด รวมถึงมนุษย์ ใช้กลไกที่คล้ายกันในการควบคุมจังหวะการเต้นของหัวใจ ยีนส่วนใหญ่ของเราถูกควบคุมโดยนาฬิกาชีวภาพ ดังนั้นจังหวะการเต้นของหัวใจที่ได้รับการปรับแต่งอย่างระมัดระวังจะปรับสรีรวิทยาของเราให้เข้ากับช่วงต่างๆ ของวัน ต้องขอบคุณผลงานอันทรงเกียรติของผู้ชนะรางวัลโนเบลทั้งสามคนในวันนี้ ชีววิทยาของสิ่งมีชีวิตได้เติบโตขึ้นเป็นสาขาการวิจัยที่กว้างขวางและมีพลวัต ซึ่งตรวจสอบผลกระทบของจังหวะของสิ่งมีชีวิตที่มีต่อสุขภาพและความเป็นอยู่ที่ดีของเรา และเรายังได้รับการยืนยันอีกครั้งว่าการนอนหลับตอนกลางคืนยังดีกว่า แม้ว่าคุณจะเป็นนกฮูกกลางคืนตัวยงก็ตาม มันดีต่อสุขภาพมากขึ้น

อ้างอิง

เจฟฟรีย์ ฮอลล์– เกิดเมื่อปี พ.ศ. 2488 ที่นิวยอร์ก สหรัฐอเมริกา เขาได้รับปริญญาเอกในปี 1971 จากมหาวิทยาลัยวอชิงตัน (ซีแอตเทิล วอชิงตัน) จนกระทั่งปี 1973 เขาดำรงตำแหน่งศาสตราจารย์ที่สถาบันเทคโนโลยีแคลิฟอร์เนีย (พาซาดีนา แคลิฟอร์เนีย) ตั้งแต่ปี 1974 เขาทำงานที่ Brandeis University (วอลแทม แมสซาชูเซตส์) ในปี 2545 เขาเริ่มร่วมมือกับมหาวิทยาลัยเมน

ไมเคิล รอซบาช– เกิดเมื่อปี พ.ศ. 2487 ในเมืองแคนซัสซิตี้ ประเทศสหรัฐอเมริกา เขาสำเร็จการศึกษาระดับปริญญาเอกจากสถาบันเทคโนโลยีแมสซาชูเซตส์ (เคมบริดจ์ รัฐแมสซาชูเซตส์) ในอีกสามปีข้างหน้าเขาเป็นนักศึกษาปริญญาเอกที่มหาวิทยาลัยเอดินบะระในสกอตแลนด์ ตั้งแต่ปี 1974 เขาทำงานที่ Brandeis University (วอลแทม แมสซาชูเซตส์)

ไมเคิล ยัง– เกิดเมื่อปี พ.ศ. 2492 ที่เมืองไมอามี ประเทศสหรัฐอเมริกา เขาสำเร็จการศึกษาระดับปริญญาเอกที่มหาวิทยาลัยเท็กซัส (ออสติน เท็กซัส) ในปี 2518 จนกระทั่งปี 1977 เขาสำเร็จการศึกษาระดับหลังปริญญาเอกที่มหาวิทยาลัยสแตนฟอร์ด (ปาโลอัลโต แคลิฟอร์เนีย) ในปี 1978 เขาได้เข้าร่วมคณะของมหาวิทยาลัยร็อคกี้เฟลเลอร์ในนิวยอร์ก

การแปลเอกสารจาก Royal Swedish Academy of Sciences

ในปี 2017 รางวัลโนเบลสาขาการแพทย์มอบให้กับนักวิทยาศาสตร์ชาวอเมริกัน 3 คนที่ค้นพบกลไกระดับโมเลกุลที่รับผิดชอบต่อจังหวะการเต้นของหัวใจ ซึ่งก็คือ นาฬิกาชีวภาพของมนุษย์ กลไกเหล่านี้ควบคุมการนอนหลับและการตื่นตัว การทำงานของระบบฮอร์โมน อุณหภูมิของร่างกาย และพารามิเตอร์อื่นๆ ของร่างกายมนุษย์ ซึ่งเปลี่ยนแปลงขึ้นอยู่กับช่วงเวลาของวัน อ่านเพิ่มเติมเกี่ยวกับการค้นพบของนักวิทยาศาสตร์ในวัสดุ RT

ผู้ชนะรางวัลโนเบลสาขาสรีรวิทยาหรือการแพทย์ Reuters Jonas Ekstromer

คณะกรรมการโนเบลของสถาบัน Karolinska ในกรุงสตอกโฮล์มเมื่อวันจันทร์ที่ 2 ตุลาคม ประกาศว่ารางวัลโนเบลสาขาสรีรวิทยาหรือการแพทย์ประจำปี 2017 มอบให้กับนักวิทยาศาสตร์ชาวอเมริกัน Michael Young, Geoffrey Hall และ Michael Rosbash สำหรับการค้นพบของพวกเขา กลไกระดับโมเลกุลที่ควบคุมจังหวะการเต้นของหัวใจ

“พวกเขาสามารถเข้าไปในนาฬิกาชีวภาพของร่างกายและอธิบายวิธีการทำงานได้” คณะกรรมการตั้งข้อสังเกต

จังหวะ Circadian เรียกว่าความผันผวนของวัฏจักรของกระบวนการทางสรีรวิทยาและชีวเคมีต่าง ๆ ในร่างกายที่เกี่ยวข้องกับการเปลี่ยนแปลงของกลางวันและกลางคืน เกือบทุกอวัยวะในร่างกายมนุษย์ประกอบด้วยเซลล์ที่มีกลไกนาฬิกาโมเลกุลเป็นของตัวเอง ดังนั้นจังหวะการเต้นของหัวใจจึงเป็นตัวแทนของโครโนมิเตอร์ทางชีววิทยา

จากการเปิดเผยของสถาบัน Karolinska Institutet Young, Hall และ Rosbash สามารถแยกยีนในแมลงวันผลไม้ที่ควบคุมการปล่อยโปรตีนพิเศษขึ้นอยู่กับช่วงเวลาของวัน

“ดังนั้น นักวิทยาศาสตร์จึงสามารถระบุสารประกอบโปรตีนที่เกี่ยวข้องกับการทำงานของกลไกนี้ และเข้าใจกลไกอิสระของปรากฏการณ์นี้ภายในเซลล์แต่ละเซลล์ ตอนนี้เรารู้แล้วว่านาฬิกาชีวภาพทำงานบนหลักการเดียวกันในเซลล์ของสิ่งมีชีวิตหลายเซลล์ รวมถึงมนุษย์ด้วย” คณะกรรมการผู้มอบรางวัลกล่าวในการแถลงข่าว

• แมลงหวี่บิน
• globallookpress.com
• นายหน้าอิมเมจ/อัลเฟรด ชอฮูเบอร์

การมีอยู่ของนาฬิกาชีวภาพในสิ่งมีชีวิตก่อตั้งขึ้นเมื่อปลายศตวรรษที่ผ่านมา ตั้งอยู่ในนิวเคลียส suprachiasmatic ของไฮโปทาลามัสของสมอง นิวเคลียสรับข้อมูลเกี่ยวกับระดับแสงจากตัวรับบนเรตินา และส่งสัญญาณไปยังอวัยวะอื่นๆ ผ่านทางแรงกระตุ้นของเส้นประสาทและการเปลี่ยนแปลงของฮอร์โมน

นอกจากนี้เซลล์นิวเคลียร์บางชนิดเช่นเซลล์ของอวัยวะอื่น ๆ มีนาฬิกาชีวภาพของตัวเองซึ่งรับประกันการทำงานของโปรตีนซึ่งกิจกรรมจะเปลี่ยนไปตามเวลาของวัน กิจกรรมของโปรตีนเหล่านี้จะกำหนดการสังเคราะห์พันธะโปรตีนอื่นๆ ซึ่งสร้างจังหวะการเต้นของหัวใจในชีวิตของแต่ละเซลล์และอวัยวะทั้งหมด ตัวอย่างเช่น การอยู่ในบ้านโดยมีแสงสว่างจ้าในเวลากลางคืนสามารถเปลี่ยนจังหวะการทำงานของร่างกายได้ โดยกระตุ้นการสังเคราะห์โปรตีนของยีน PER ซึ่งโดยปกติจะเริ่มในตอนเช้า

ตับยังมีบทบาทสำคัญในจังหวะการเต้นของหัวใจในสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม ตัวอย่างเช่น สัตว์ฟันแทะ เช่น หนูหรือหนูแรทเป็นสัตว์หากินในเวลากลางคืนและกินในความมืด แต่ถ้าอาหารมีเฉพาะในระหว่างวัน วงจรตับของพวกมันจะเปลี่ยนไป 12 ชั่วโมง

จังหวะของชีวิต

จังหวะเซอร์คาเดียนคือการเปลี่ยนแปลงกิจกรรมของร่างกายในแต่ละวัน รวมถึงการควบคุมการนอนหลับและการตื่นตัว การปล่อยฮอร์โมน อุณหภูมิของร่างกาย และพารามิเตอร์อื่นๆ ที่เปลี่ยนแปลงไปตามจังหวะการทำงานของร่างกาย อเล็กซานเดอร์ เมลนิคอฟ นักซอมน์วิทยา อธิบาย เขาตั้งข้อสังเกตว่านักวิจัยได้รับการพัฒนาในทิศทางนี้มานานหลายทศวรรษ

“ประการแรก ควรสังเกตว่าการค้นพบนี้ไม่ใช่เมื่อวานหรือวันนี้ การศึกษาเหล่านี้ดำเนินการมานานหลายทศวรรษ นับตั้งแต่ทศวรรษที่ 80 ของศตวรรษที่ผ่านมาจนถึงปัจจุบัน และทำให้สามารถค้นพบกลไกอันล้ำลึกประการหนึ่งที่ควบคุมธรรมชาติของร่างกายมนุษย์และสิ่งมีชีวิตอื่นๆ กลไกที่นักวิทยาศาสตร์ค้นพบมีความสำคัญมากในการมีอิทธิพลต่อจังหวะการเต้นของหัวใจของร่างกาย” เมลนิคอฟกล่าว

• pixabay.com

ตามที่ผู้เชี่ยวชาญระบุ กระบวนการเหล่านี้ไม่เพียงเกิดขึ้นเนื่องจากการเปลี่ยนแปลงของกลางวันและกลางคืนเท่านั้น แม้ในสภาพกลางคืนขั้วโลก จังหวะการเต้นของหัวใจจะยังคงทำงานต่อไป

“ปัจจัยเหล่านี้มีความสำคัญมาก แต่บ่อยครั้งที่ปัจจัยเหล่านี้มีความบกพร่องในมนุษย์ กระบวนการเหล่านี้ได้รับการควบคุมในระดับยีน ซึ่งได้รับการยืนยันจากผู้ชนะรางวัล ในปัจจุบัน ผู้คนมักเปลี่ยนเขตเวลาและเผชิญกับความเครียดต่างๆ ที่เกี่ยวข้องกับการเปลี่ยนแปลงจังหวะนาฬิกาชีวภาพอย่างกะทันหัน จังหวะที่เข้มข้นของชีวิตยุคใหม่อาจส่งผลต่อกฎระเบียบที่ถูกต้องและโอกาสในส่วนที่เหลือของร่างกาย” เมลนิคอฟกล่าวสรุป เขามั่นใจว่าการวิจัยของ Young, Hall และ Rosbash เปิดโอกาสให้พัฒนากลไกใหม่ที่มีอิทธิพลต่อจังหวะของร่างกายมนุษย์

ประวัติความเป็นมาของรางวัล

อัลเฟรด โนเบล ผู้ก่อตั้งรางวัลนี้ มอบความไว้วางใจในการคัดเลือกผู้ได้รับรางวัลสาขาสรีรวิทยาและการแพทย์ให้กับสถาบัน Karolinska ในสตอกโฮล์ม ซึ่งก่อตั้งขึ้นในปี พ.ศ. 2353 และเป็นหนึ่งในสถาบันการศึกษาและวิทยาศาสตร์ชั้นนำ ศูนย์การแพทย์ความสงบ. คณะกรรมการโนเบลของมหาวิทยาลัยประกอบด้วยสมาชิกถาวร 5 คน ซึ่งมีสิทธิ์เชิญผู้เชี่ยวชาญมาขอคำปรึกษาตามลำดับ มีรายชื่อผู้ได้รับการเสนอชื่อเข้าชิงรางวัลในปีนี้จำนวน 361 ราย

รางวัลโนเบลสาขาการแพทย์ได้รับรางวัล 107 ครั้ง แก่นักวิทยาศาสตร์ 211 คน ผู้ได้รับรางวัลคนแรกคือในปี 1901 คุณหมอชาวเยอรมันเอมิล อดอล์ฟ ฟอน เบห์ริง ผู้พัฒนาวิธีการสร้างภูมิคุ้มกันโรคคอตีบ คณะกรรมการสถาบัน Karolinska ถือว่ารางวัลที่สำคัญที่สุดคือรางวัลในปี 1945 ที่มอบให้กับนักวิทยาศาสตร์ชาวอังกฤษ Fleming, Cheyne และ Florey สำหรับการค้นพบเพนิซิลิน รางวัลบางรางวัลไม่เกี่ยวข้องเมื่อเวลาผ่านไป เช่น รางวัลที่มอบให้ในปี 1949 สำหรับการพัฒนาวิธีการผ่าตัด Lobotomy

ในปี 2017 จำนวนโบนัสเพิ่มขึ้นจาก 8 ล้านเป็น 9 ล้านโครนสวีเดน (ประมาณ 1.12 ล้านดอลลาร์)

พิธีมอบรางวัลตามประเพณีจะมีขึ้นในวันที่ 10 ธันวาคม ซึ่งเป็นวันที่อัลเฟรด โนเบล ถึงแก่อสัญกรรม รางวัลในสาขาสรีรวิทยาและการแพทย์ ฟิสิกส์ เคมี และวรรณกรรมจะมอบให้ที่กรุงสตอกโฮล์ม รางวัลสันติภาพตามเจตจำนงของโนเบลจะมอบให้ในวันเดียวกันที่ออสโล

ติดตามเรา

รางวัลโนเบลสาขาสรีรวิทยาหรือการแพทย์ประจำปี 2017 ได้รับรางวัลจากการค้นพบยีนที่กำหนดการทำงานของนาฬิกาชีวภาพ ซึ่งเป็นกลไกภายในเซลล์ที่ควบคุมความผันผวนของวัฏจักรของกระบวนการทางชีวภาพที่เกี่ยวข้องกับการเปลี่ยนแปลงของกลางวันและกลางคืน รายวันหรือมีอยู่ในสิ่งมีชีวิตทุกชนิด ตั้งแต่ไซยาโนแบคทีเรียไปจนถึงสัตว์ชั้นสูง

แน่นอน ผลลัพธ์ทางวิทยาศาสตร์ใด ๆ ที่ได้รับการยอมรับทั่วโลกนั้นขึ้นอยู่กับความสำเร็จของรุ่นก่อน ๆ แนวคิดเรื่องนาฬิกาชีวภาพปรากฏตัวครั้งแรกในศตวรรษที่ 17 เมื่อนักดาราศาสตร์ชาวฝรั่งเศส Jean Jacques de Meran ค้นพบว่าจังหวะรายวันของการเคลื่อนไหวของใบพืชจะไม่หายไปแม้ในความมืด: มันถูก "ตั้งโปรแกรมไว้" อย่างเคร่งครัดและไม่ใช่ ถูกกำหนดโดยการกระทำของสิ่งแวดล้อม

นับจากนี้เป็นต้นไป การศึกษาปรากฏการณ์นาฬิกาชีวภาพได้เริ่มต้นขึ้น ปรากฎว่าสิ่งมีชีวิตเกือบทั้งหมดผ่านกระบวนการแบบวงกลมโดยมีช่วงเวลารายวันหรือเกือบทุกวัน และแม้จะไม่มีปัจจัยภายนอกหลักของการซิงโครไนซ์ - การเปลี่ยนแปลงของกลางวันและกลางคืนสิ่งมีชีวิตยังคงมีชีวิตอยู่ตามจังหวะรายวันแม้ว่าช่วงเวลาของจังหวะนี้อาจยาวหรือสั้นกว่าความยาวของวันขึ้นอยู่กับ ลักษณะเฉพาะส่วนบุคคล

พื้นฐานทางพันธุกรรมของนาฬิกาชีวภาพก่อตั้งขึ้นครั้งแรกในทศวรรษ 1970 เมื่อมีการค้นพบยีน Per (สำหรับช่วงเวลา) ในแมลงวันผลไม้ ผู้เขียนการค้นพบนี้ Seymour Benzer และนักเรียนของเขา Ronald Konopka จากแคลิฟอร์เนีย สถาบันเทคโนโลยีได้ทำการทดลองขนาดใหญ่ โดยทำงานร่วมกับแมลงวันในห้องปฏิบัติการหลายร้อยสายที่ได้รับจากการกลายพันธุ์ทางเคมี นักวิทยาศาสตร์สังเกตเห็นว่าในช่วงเวลาเดียวกันของการส่องสว่าง แมลงวันบางตัวช่วงเวลาของจังหวะการนอนหลับและความตื่นตัวในแต่ละวันนั้นสั้นกว่าวันปกติ (19 ชั่วโมง) หรือนานกว่านั้นอย่างมาก (28 ชั่วโมง) นอกจากนี้ยังค้นพบ "จังหวะ" ที่มีวงจรอะซิงโครนัสโดยสมบูรณ์ ในความพยายามที่จะระบุยีนที่ควบคุมจังหวะการเต้นของหัวใจในแมลงวันผลไม้ นักวิทยาศาสตร์ได้แสดงให้เห็นว่าการรบกวนในจังหวะนี้เกี่ยวข้องกับการกลายพันธุ์ในยีนที่ไม่รู้จักหรือกลุ่มของยีน

ดังนั้นผู้ชนะรางวัลโนเบลในอนาคต Hall, Rosbash และ Young จึงมีแมลงวันที่มีการเปลี่ยนแปลงทางพันธุกรรมที่กำหนดในช่วงเวลาของการนอนหลับและความตื่นตัวอยู่แล้ว ในปี 1984 นักวิทยาศาสตร์เหล่านี้แยกและจัดลำดับยีน Per ที่ต้องการ และพบว่าระดับของโปรตีนที่เข้ารหัสนั้นแตกต่างกันไปในแต่ละวัน โดยสูงสุดในเวลากลางคืนและลดลงในระหว่างวัน

การค้นพบครั้งนี้ได้ให้แรงผลักดันใหม่แก่การวิจัยที่มุ่งทำความเข้าใจว่าทำไมกลไกนี้ จังหวะวงจรชีวิตทำงานในลักษณะนี้และไม่เป็นอย่างอื่น เหตุใดช่วงเวลาในแต่ละวันอาจแตกต่างกันไปในแต่ละบุคคล แต่ในขณะเดียวกันก็กลับกลายเป็นว่าต้านทานต่อการกระทำนั้น ปัจจัยภายนอกเช่นอุณหภูมิ (Pittendrich, 1960) ดังนั้นงานที่ทำกับไซยาโนแบคทีเรีย (สาหร่ายสีน้ำเงินแกมเขียว) แสดงให้เห็นว่าเมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น 10 ºС ระยะเวลารายวันของกระบวนการเมแทบอลิซึมแบบวัฏจักรของพวกมันจะเปลี่ยนไปเพียง 10–15% ในขณะที่ตามกฎของจลนศาสตร์เคมีการเปลี่ยนแปลงนี้ ควรจะยิ่งใหญ่กว่านี้เกือบสั่งได้! ข้อเท็จจริงนี้กลายเป็นความท้าทายอย่างแท้จริง เนื่องจากปฏิกิริยาทางชีวเคมีทั้งหมดจะต้องเป็นไปตามกฎจลนศาสตร์เคมี

ขณะนี้นักวิทยาศาสตร์เห็นพ้องกันว่าจังหวะของกระบวนการแบบวนรอบยังคงค่อนข้างคงที่ เนื่องจากวงจรรายวันถูกกำหนดโดยยีนมากกว่าหนึ่งยีน ในปี 1994 Young ค้นพบยีน Tim ในดรอสโซฟิล่า ซึ่งเข้ารหัสโปรตีนที่เกี่ยวข้องกับการควบคุมผลป้อนกลับของระดับโปรตีน PER เมื่ออุณหภูมิสูงขึ้น การผลิตไม่เพียงแต่โปรตีนที่เกี่ยวข้องกับการก่อตัวของวงจร circadian จะเพิ่มขึ้น แต่ยังรวมถึงโปรตีนอื่นๆ ที่ยับยั้งมันด้วย ส่งผลให้การทำงานของนาฬิกาชีวภาพไม่หยุดชะงัก

กลไกพื้นฐานของจังหวะการเต้นของหัวใจได้รับการศึกษาอย่างเพียงพอแล้ว ถึงแม้ว่ารายละเอียดหลายอย่างยังคงไม่สามารถอธิบายได้ ดังนั้นจึงไม่ชัดเจนว่า “นาฬิกา” หลายเรือนสามารถอยู่ร่วมกันในสิ่งมีชีวิตเดียวพร้อมกันได้อย่างไร: กระบวนการที่เกิดขึ้นกับ ช่วงเวลาที่แตกต่างกัน- ตัวอย่างเช่น ในการทดลองที่ผู้คนอาศัยอยู่ในบ้านหรือในถ้ำโดยไม่ได้รับข้อมูลเกี่ยวกับการเปลี่ยนแปลงของกลางวันและกลางคืน อุณหภูมิร่างกาย การหลั่ง ฮอร์โมนสเตียรอยด์และพารามิเตอร์ทางสรีรวิทยาอื่นๆ หมุนเวียนด้วยระยะเวลาประมาณ 25 ชั่วโมง ในกรณีนี้ ระยะเวลาการนอนหลับและความตื่นตัวอาจแตกต่างกันไปตั้งแต่ 15 ถึง 60 ชั่วโมง (Wever, 1975)

การศึกษาจังหวะการเต้นของหัวใจยังมีความสำคัญสำหรับการทำความเข้าใจการทำงานของร่างกายในสภาวะที่รุนแรง เช่น ในอาร์กติก ซึ่งในสภาวะที่มีขั้วทั้งกลางวันและกลางคืน ปัจจัยทางธรรมชาติของการซิงโครไนซ์จังหวะการเต้นของหัวใจจะไม่ทำงาน มีหลักฐานที่น่าเชื่อถือว่าในระหว่างการอยู่ในสภาวะดังกล่าวเป็นเวลานาน จังหวะการทำงานของบุคคลจะเปลี่ยนไปอย่างมีนัยสำคัญ (Moshkin, 1984) ตอนนี้เราตระหนักดีว่าปัจจัยนี้สามารถมีผลกระทบต่อสุขภาพของมนุษย์ได้อย่างชัดเจน และความรู้เกี่ยวกับพื้นฐานระดับโมเลกุลของจังหวะการเต้นของหัวใจควรช่วยระบุตัวแปรของยีนที่จะ "เป็นประโยชน์" เมื่อทำงานในสภาวะขั้วโลก

แต่ความรู้เกี่ยวกับจังหวะชีวภาพมีความสำคัญไม่เพียงแต่สำหรับนักสำรวจขั้วโลกเท่านั้น จังหวะเซอร์คาเดียนส่งผลต่อเรา กระบวนการเผาผลาญ, งาน ระบบภูมิคุ้มกันและกระบวนการอักเสบ ความดันโลหิต อุณหภูมิร่างกาย การทำงานของสมอง และอื่นๆ อีกมากมาย ประสิทธิผลของยาบางชนิดและยาเหล่านั้น ผลข้างเคียง- หากมีความขัดแย้งบังคับระหว่าง "นาฬิกา" ภายในและภายนอก (เช่นเนื่องจากการบินทางไกลหรืองานกะกลางคืน) ความผิดปกติต่าง ๆ ของร่างกายสามารถสังเกตได้จากความผิดปกติ ระบบทางเดินอาหารและ ระบบหัวใจและหลอดเลือดไปสู่ภาวะซึมเศร้าซึ่งเพิ่มความเสี่ยงต่อการเป็นมะเร็งด้วย

วรรณกรรม

พิตเทนไดรท์ ซี.เอส. จังหวะเซอร์คาเดียน และการจัดระเบียบระบบสิ่งมีชีวิต Cold Spring Harb Symp Quant Biol 1960;25:159-84.

เวเวอร์ อาร์. (1975) “ระบบออสซิลเลเตอร์หลายตัวของมนุษย์” อินท์ เจ โครโนบิออล 3 (1): 19–55.

Moshkin ส.ส. อิทธิพลของระบอบแสงธรรมชาติต่อจังหวะชีวภาพของนักสำรวจขั้วโลก // สรีรวิทยาของมนุษย์ 1984, 10(1): 126-129.

จัดทำโดย Tatyana Morozova

รางวัลโนเบลสาขาสรีรวิทยาหรือการแพทย์ประจำปี 2017 มอบให้กับศาสตราจารย์ชาวอเมริกัน เจฟฟรีย์ ฮอลล์, ไมเคิล รอสแบช และไมเคิล ยัง พวกเขาศึกษากลไกที่ควบคุมจังหวะการทำงานของร่างกายซึ่งเรียกว่านาฬิกาเซลลูลาร์ ผู้เชี่ยวชาญของคณะกรรมการโนเบลแนะนำผู้ได้รับรางวัล โดยเน้นย้ำว่าปัญหานี้ไม่ใช่เรื่องใหม่ ย้อนกลับไปในศตวรรษที่ 18 นักวิทยาศาสตร์ชาวฝรั่งเศสดึงความสนใจไปที่ดอกไม้บางชนิดที่เปิดในตอนเช้าและปิดในเวลากลางคืน นักชีววิทยาได้ทำการทดลองโดยวางดอกไม้ไว้ในที่มืดสนิทเป็นเวลาหลายวัน และพวกเขาก็ทำตัวราวกับว่าพวกเขาอยู่ในสภาพธรรมชาติ มีการสังเกตภาพที่คล้ายกันในการศึกษาพืชและสัตว์ชนิดอื่น จากนั้นเป็นครั้งแรกที่มีการเสนอสมมติฐานเกี่ยวกับนาฬิกาภายในของสิ่งมีชีวิต สาระสำคัญของพวกเขาคืออะไร?

เราแต่ละคนรู้ว่านาฬิกาธรรมดาคืออะไร เราวัดเวลาโดยใช้ลูกตุ้ม แต่ปรากฎว่าสิ่งมีชีวิตเกือบทั้งหมดมีนาฬิกาภายในของตัวเองและแทนที่จะเป็นลูกตุ้มการเปลี่ยนแปลงของกลางวันและกลางคืน "ได้ผล" ในตัวเราซึ่งเป็นผลมาจากการหมุนของโลกรอบแกนของมัน” ศาสตราจารย์ ที่สถาบันวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี Skolkovo และศาสตราจารย์แห่งมหาวิทยาลัย Rutgers กล่าวกับผู้สื่อข่าว RG หัวหน้าห้องปฏิบัติการที่สถาบันอณูพันธุศาสตร์แห่ง Russian Academy of Sciences และสถาบันชีววิทยายีนของ Russian Academy of Sciences Konstantin Severinov - ตั้งแต่เริ่มต้นชีวิต สิ่งมีชีวิตทุกชนิดต้องปรับตัวให้เข้ากับการเปลี่ยนแปลงดังกล่าว เปิดนาฬิกาเล็กๆ เหล่านี้ในทุกเซลล์ของสิ่งมีชีวิต และอยู่เคียงข้างพวกเขา ตาม "สิ่งบ่งชี้" ให้เปลี่ยนสรีรวิทยาของคุณ - วิ่ง นอน กินและอื่น ๆ

ผู้ได้รับรางวัลในปัจจุบันตัดสินใจในช่วงปลายทศวรรษที่ 70 ที่จะดูภายในนาฬิกาเหล่านี้และทำความเข้าใจวิธีการทำงานของนาฬิกาเหล่านี้ ในการทำเช่นนี้ พวกเขาศึกษาแมลงวันผลไม้และแมลงบางชนิดที่มีการกลายพันธุ์ ซึ่งวงจรการนอนหลับและตื่นของพวกมันเปลี่ยนแปลงไป สมมติว่ามีบางคนนอนหลับแบบสุ่มโดยสมบูรณ์ ด้วยวิธีนี้ จึงเป็นไปได้ที่จะระบุยีนที่มีหน้าที่ตรวจสอบให้แน่ใจว่าวงจรต่างๆ นั้นถูกต้องและประสานกัน

จากนั้นนักวิทยาศาสตร์ก็ค้นพบความเป็นมาของโมเลกุลของนาฬิกาเหล่านี้” Severinov กล่าว - ปรากฎว่ายีนที่ระบุนั้นควบคุมการผลิตโปรตีนบางชนิดในลักษณะที่พวกมันสะสมในเวลากลางคืนและแตกสลายในระหว่างวัน. ในความเป็นจริงความผันผวนของความเข้มข้นดังกล่าวเป็นลูกตุ้มชนิดหนึ่งในร่างกายของเรา และขึ้นอยู่กับสิ่งนี้ ยีนต่างๆ จะถูกกระตุ้นในเซลล์ ซึ่งท้ายที่สุดจะควบคุมกระบวนการต่างๆ มากมาย

จากนั้นนักวิทยาศาสตร์พบว่ากลไกเดียวกันนี้ใช้ได้ผลไม่เพียงแต่ในแมลงวันเท่านั้น แต่ในสิ่งมีชีวิตทุกชนิดด้วย ธรรมชาติประดิษฐ์ขึ้นเพื่อนับเวลาในร่างกาย นัยสำคัญเชิงปฏิบัติของการค้นพบนี้ชัดเจนมาก ความผิดปกติทางจิตเกี่ยวข้องกับการรบกวนการนอนหลับเนื่องจากการหยุดชะงักของระบบวงจรชีวิต

จากการประเมินรางวัลนี้ ผู้เชี่ยวชาญจำนวนหนึ่งระบุแล้วว่านี่คือ "รางวัลอันเงียบสงบ" มันจะไม่กลายเป็นการระเบิดครั้งใหญ่ในวิทยาศาสตร์โลก หากเพียงเพราะมันถูกสร้างขึ้นเมื่อหลายสิบปีก่อน นอกจากนี้ผลงานเก่าๆ ที่น่าตอบแทนกำลังกลายเป็นกระแส ในเวลาเดียวกัน คณะกรรมการโนเบลได้ผ่านงานที่น่าตื่นเต้นเกี่ยวกับการแก้ไขจีโนม ซึ่งกลายเป็นความเจริญ ปีที่ผ่านมา- “ฉันไม่เห็นด้วยกับความคิดเห็นนี้” Severinov กล่าว “การตัดต่อจีโนมจะได้รับรางวัล และนี่ไม่ใช่การค้นพบ แต่เป็นเทคนิคทางพันธุกรรม และนาฬิกาเซลลูล่าร์นั้นเป็นศาสตร์พื้นฐานที่ลึกซึ้งอย่างแท้จริง โดยจะอธิบายวิธีการดังกล่าว โลกทำงานได้

ควรสังเกตว่าการคาดการณ์ของ Thomson Reuters ซึ่งคาดการณ์ผู้ได้รับรางวัลมาตั้งแต่ปี 2545 และส่วนใหญ่มักคาดเดาผู้ได้รับรางวัลเมื่อเปรียบเทียบกับคู่แข่งนั้นผิดในครั้งนี้ พวกเขาเดิมพันกับนักวิทยาศาสตร์ชาวอเมริกันที่ทำงานเกี่ยวกับปัญหามะเร็ง

พิธีมอบรางวัลตามประเพณีจะมีขึ้นในวันที่ 10 ธันวาคม ซึ่งเป็นวันที่ผู้ก่อตั้งรางวัลโนเบล ผู้ประกอบการและนักประดิษฐ์ชาวสวีเดน อัลเฟรด โนเบล (พ.ศ. 2376-2439) รางวัลโนเบลประจำปี 2017 มีมูลค่า 9 ล้านโครนสวีเดน (ล้านดอลลาร์สหรัฐ)

Jeffrey Hall เกิดในปี 1945 ในนิวยอร์ก และทำงานที่ Brandeis University ตั้งแต่ปี 1974 Michael Rosbash เกิดที่แคนซัสซิตี้และทำงานที่ Brandeis University ด้วย Michael Young เกิดในปี 1945 ในไมอามี และทำงานที่ Rockefeller University ในนิวยอร์ก .