Все життя на Землі склалося, щоб впоратися з обертовою планетою, що призводить до передбачуваного переходу між днем і вночі. Деталі різняться між рослинами, грибами, бактеріями та тваринами, але послідовною особливістю є біологічний "годинник", який дозволяє організму передбачити зміни та підготуватися до них.
У тварин центральний годинник, який стежить за ніччю та днем, знаходиться в мозку, де він отримує світло від сітківки, щоб підтримувати синхронізацію зі світлом чи темним. Але всі клітини в організмі мають власні годинники. Оскільки ці біологічні годинники мають цикл, близький до 24 годин, їх називають циркадними ("circa", що означає "про", і dian, що означає день, від латинського "dies").
Зараз ми живемо з дешевим, яскравим, штучним світлом, зміною роботи, позбавленням сну та реактивним відставанням - всі основні виклики стародавнім циркадним механізмам управління в нашому тілі. Усі ці циркадні та проблеми зі сном є пов'язані з хворобою. Але в нашому останнє дослідження, використовуючи мишей, ми виявили, що інфекції в різний час доби викликають різну ступінь тяжкості захворювання.
Дивно, але ми виявили, що годинник, що тикав у клітинах імунної системи, відповідав за зміну реакції на бактеріальну інфекцію. Зокрема, спеціалізовані клітини, які називаються макрофагами, - це великі клітини, які охоплюють і вбивають бактерії.
Отримайте останні по електронній пошті
Враження художника про макрофаг (синій), що охоплює бактерії туберкульозу (червоний). Катерина Кон / Шуттерсток
Макрофаги, що ростуть на страві або миші, в різний час дня реагували по-різному. І вимкнення годинника в цих клітинах призвело до супер макрофагів, які рухалися швидше і їли більше бактерій, ніж звичайні макрофаги.
Ми з’ясували, що «безгодинний» макрофаг захищав мишей від бактеріальної інфекції багатьма типами бактерій. Більш детальний погляд на макрофаги виявив, що клітини виглядали по-різному, з істотною зміною структурних білків, які підтримують форму клітин і необхідні для руху клітин і для поїдання бактерій. Зміна внутрішньої архітектури клітини, або цитоскелету, стала основою наших досліджень.
Ми виявили, що циркадний годинник макрофагів безпосередньо керував компонентами цитоскелету. Ми побачили зміни кількості будівельних блоків цитоскелету, а також у активності головного регулятора зміни цитоскелету. Цей головний регулятор - це білок під назвою RhoA.
RhoA активується при контакті бактерій і приводить макрофаг до руху та споживання бактерій. Ми з'ясували, що RhoA був активним у безгодинних макрофагах, навіть коли бактерій не було. Коли бактерії контактували зі звичайними макрофагами, RhoA активізувався, але подальших змін у безгодинних макрофагах не було, оскільки RhoA вже був активним. Таким чином, безгодинні макрофаги завжди були включені, і тому вони могли швидше реагувати на атаку бактерій.
Щоб дізнатись, як годинник змінював поведінку макрофагів, ми звернулися до основного механізму годинника. Це включає невелику групу білків, які змінюються в достатку з часом, тому дозволяючи клітинам розповідати час. Ми виявили, що один із цих факторів годин, названий BMAL1, був важливою ланкою між годинником та поведінкою макрофагів.
Автор надано
Зниження опори на антибіотики
Однією з головних проблем, з якою стикається сучасний світ, є зростаюча стійкість бактерій до антибіотиків. Протягом 30 років нових класів антибіотиків не було. Резистентність бактерій до антибіотиків означає, що ми маємо невиліковні інфекції та стикаємося з майбутнім, коли операція стане ризикованішою.
Пошук нових способів посилити захист від бактерій є першочерговим завданням. Відкриття ланцюга, що пов'язує годинник із захистом від бактерій, відкриває новий шлях, щоб зменшити нашу залежність від обмеженого кола існуючих антибіотиків. Можливо, можливо посилити природний захист від бактеріальної інфекції, орієнтуючись на годинник.
Робота циркадного годинника може бути змінена впливом світла, зміною часу прийому їжі, генетичною мінливістю в людських популяціях та новими препаратами, здатними регулювати цю систему. Одна з проблем, спрямованих на націлювання годин на наркотики, полягає в тому, що вплив на інші системи буде широким, а наслідки важко передбачити. Але короткочасне втручання для підвищення імунітету до інфекції може принести користь за низьку вартість.
Так само посилення циркадного ритму людей з високим рівнем ризику, наприклад, у лікарнях, контролюючи освітлення та час прийому їжі, може підвищити імунітет та запобігти зараженню лікарняними інфекціями.
про автора
Девід Рей, професор ендокринології, Оксфордський університет і Гарет Кухн, академічний клінічний викладач та анестезіолог, Університет Манчестера
Ця стаття перевидана з Бесіда за ліцензією Creative Commons. Читати оригінал статті.
books_health
