Sci-fibe illő kronobiológia

Mint a Science-ben publikált tanulmányukban beszámolnak róla, a Harvard Medical School kutatói sikeresen transzplantálták egy cirkadián ritmussal rendelkező, fotoszintetizáló cianobaktérium óragénjeit a cirkadián ritmussal nem rendelkező E. coliba (Transplantability of a circadian clock to a noncircadian organism). Az eredményről beszámoló New Scientist-cikk szerint sok növény és állat működtet szinte valamennyi sejtjében cirkadián órát, ami révén napi aktivitását szabályozza, azonban jelenleg még kevésbé értjük a bakteriális cirkadián szabályozás működését.

A leginkább tanulmányozott bakteriális cirkadián szabályozás a fotoszintetizáló cianobaktériumban található, és működése a kaiABC génklaszter és az ATP kölcsönhatásán alapul. Anna Chen és munkatársai ezt a génklasztert ültették át E. coliba, és a hozzákapcsolt fluoreszcens fehérje révén azt is bizonyítani tudták, hogy az óra 24 órás ciklust mutató működésbe lépett, és 3 napig működésben is maradt, annak ellenére, hogy az E. coli nem rendelkezik az idő múlásának érzékelését lehetővé tevő fényérzékelő receptorokkal. A New Scientistnek nyilatkozó kutatók szerint az óra-transzplantáció eszközrendszere a jövőben felhasználható lesz a biológiai komputerek tervezésében, és ezáltal az élő rendszerek és az emberi agy jobb modellezésében, ami azért is különösen fontos, mert egy másik Science-cikk tanúsága szerint a jelenlegi félvezető tranzisztor alapú számítógépeket csak igen korlátozott mértékben lehetne ilyen célból használni. Oscar Marín és munkatársai (King's College London, Centre for Developmental Neurobiology) szerint ugyanis hibás az a gyakran használt metafóra, miszerint az agy olyan, mint egy számítógép, és bár a múltban ez az analógia jól szolgálta az idegtudományokat, itt az ideje lecserélni.

Tanulmányukban ugyanis - Tuning of fast-spiking interneuron properties by an activity-dependent transcriptional switch – arról számolnak be a kutatók, hogy az agyi interneuronok, amelyek a kéreg piramissejtjeinek az aktivitását szabályozzák, maguk is dinamikus szabályozás alatt állnak, és ez a szabályozás további neuronhálózatok hatása alatt áll (ez a hatás egy transzkripciós regulátor expresszióján keresztül érvényesül). A külső és belső ingerekre bekövetkező interneuronális változás azt jelenti, nyilatkozták a londoni kutatók, hogy agyi hardwerünk nem állandó, hanem dinamikusan változik, multimodális plaszticitást mutat.

Cirkadián génexpressziós atlasz

Visszatérve a biológiai órák működéséhez: a remények szerint az idő múlását számon tartó baktériumok a jövőben akár arra is használhatók lesznek – amennyiben az emberek hajlandóak lesznek génmódosított bélbaktérium-készítményeket fogyasztani -, hogy a nap meghatározott időszakában szabaduljanak fel belőlük a különböző gyógyszerek. Azonban ehhez még azt is jó lenne megfejteni, hogy hogyan alakul ki mikrobiótánk és szervezetünk közös cirkadián ritmusa – a metaorganizmus koordinált diurnális ritmusa -, ugyanis erről jelenleg nem sok ismeretünk van. Annyi már bizonyos, hogy az intesztinális mikrobióta kompozíciója és működése diurnális oszcillációt mutat, és pl. a több műszakos munka (vagy a gyakori jet-lag) megzavarja a bélbaktériumaink időérzékelését, amivel hozzájárul a glükózintolerancia és az obezitás kialakulásához (Christoph Thaiss és munkatársai:Transkingdom Control of Microbiota Diurnal Oscillations Promotes Metabolic Homeostasis; Cell).

A gyógyszerek időzítése pedig nagyon fontos lenne: mintJohn Hogenesch kronobiológus és farmakológus elmondja egy New Scientistnek adott interjúban: vizsgálataik révén bebizonyosodott, hogy a legnagyobb forgalmú gyógyszerek zöme olyan fehérjéket céloz meg, amelyek cirkadián gének termékei. Mivel ezek közül a gyógyszerek közül sok viszonylag rövid felezésű idejű, sokkal hatékonyabb lenne a felhasználásuk, ha a beteg akkor fogyasztaná őket, amikor a célba vett fehérje éppen termelődik. Példaként említi az antihipertenzívum Valsartant, amelyik 60%-kal nagyobb hatásfokkal kontrollálja az artériás vérnyomást akkor, ha nem ébredés után, hanem lefekvés előtt veszi be a beteg.

Munkájuk során Hogenesch és munkatársai transzkriptóma-analízisek révén létrehoztak egy cirkadián génexpressziós atlaszt, és megállapították: az egérgenom génjeinek 43%-a, továbbá több mint ezer nemkódoló RNS-szakasza cirkadián ritmus szerint működik (A circadian gene expression atlas in mammals: Implications for biology and medicine; PNAS). Hogenesch reményei szerint 30 év múlva olyan szereink lesznek, amelyek nemcsak az emberek kronotípusát képesek figyelembe venni (pacsirta típusú vagy éjszakai bagoly), hanem bevehetjük őket ébredés után, és akkor aktiválják magukat, amikor a szervezetünk a leginkább képes rájuk reagálni.