Aarona Amata/Shutterstock

Całe życie na Ziemi wyewoluowało, aby poradzić sobie z obracającą się planetą, co powoduje przewidywalne przejście między dniem a nocą. Szczegóły różnią się między roślinami, grzybami, bakteriami i zwierzętami, ale spójną cechą jest biologiczny „zegar”, który pozwala organizmowi przewidzieć zmianę i przygotować się do niej.

U zwierząt centralny zegar, który śledzi noc i dzień, znajduje się w mózgu, gdzie odbiera światło z siatkówki, aby zsynchronizować się ze światłem lub ciemnością. Ale wszystkie komórki w ciele mają swoje własne zegary. Ponieważ te zegary biologiczne mają cykl bliski 24 godzin, są one określane jako circadian („circa” oznaczający „około” i dian, oznaczający dzień, od łacińskiego „umiera”).

Obecnie żyjemy z tanim, jasnym, sztucznym światłem, pracą zmianową, brakiem snu i zmianą strefy czasowej – wszystkimi głównymi wyzwaniami dla starożytnych mechanizmów kontroli dobowej w naszych ciałach. Wszystkie te wyzwania dotyczące rytmu dobowego i snu są związane z chorobą. Ale w naszym ostatnie badanie, używając myszy, odkryliśmy, że infekcje o różnych porach dnia powodują różne nasilenie choroby.

Co zaskakujące, odkryliśmy, że zegar tykający w komórkach układu odpornościowego był odpowiedzialny za zmianę odpowiedzi na infekcję bakteryjną. W szczególności wyspecjalizowane komórki zwane makrofagami, które są dużymi komórkami pochłaniającymi i zabijającymi bakterie.

Odbitka artystyczna makrofaga (kolor niebieski) pochłaniającego bakterie gruźlicy (kolor czerwony). Kateryna Kon/Shutterstock

Makrofagi, rosnące w naczyniu lub u myszy, reagowały inaczej w różnych porach dnia. A wyłączenie zegara w tych komórkach spowodowało powstanie supermakrofagów, które poruszały się szybciej i zjadały więcej bakterii niż normalne makrofagi.

Odkryliśmy, że makrofagi „bez zegara” chroniły myszy przed infekcją bakteryjną wieloma rodzajami bakterii. Bliższe przyjrzenie się makrofagom ujawniło, że komórki wyglądały inaczej, z poważną zmianą w białkach strukturalnych, które utrzymują kształt komórki i są potrzebne do poruszania się komórek i do jedzenia bakterii. Przedmiotem naszych badań stała się zmiana wewnętrznej architektury komórki, czyli cytoszkieletu.

Odkryliśmy, że zegar dobowy makrofagów bezpośrednio kontroluje składniki cytoszkieletu. Zaobserwowaliśmy zmiany w ilości bloków budulcowych białek cytoszkieletu, a także w aktywności głównego regulatora zmian cytoszkieletu. Ten główny regulator to białko zwane RhoA.

RhoA jest aktywowany przez kontakt z bakteriami i napędza makrofagi do poruszania się i konsumowania bakterii. Odkryliśmy, że RhoA był aktywny w makrofagach bez zegara, nawet gdy nie było bakterii. Kiedy bakterie skontaktowały się z normalnymi makrofagami, RhoA stał się aktywny, ale nie było dalszych zmian w makrofagach bez zegara, ponieważ RhoA był już aktywny. Tak więc makrofagi bez zegara były zawsze włączone, dzięki czemu mogły szybciej reagować na atak bakterii.

Aby dowiedzieć się, jak zegar zmienia zachowanie makrofagów, zwróciliśmy się do mechanizmu zegara rdzenia. Obejmuje to niewielką grupę białek, których obfitość zmienia się w czasie, umożliwiając komórkom określenie czasu. Odkryliśmy, że jeden z tych czynników zegarowych, zwany BMAL1, był zasadniczym łącznikiem między zegarem a zachowaniem makrofagów.

Autor pod warunkiem

Zmniejszenie uzależnienia od antybiotyków

Jednym z głównych problemów współczesnego świata jest rosnąca oporność bakterii na antybiotyki. Od 30 lat nie ma nowych klas antybiotyków. Odporność bakterii na antybiotyki oznacza, że ​​mamy nieuleczalne infekcje i czeka nas przyszłość, w której operacja stanie się bardziej ryzykowna.

Znalezienie nowych sposobów na wzmocnienie obrony przed bakteriami ma wysoki priorytet. Odkrycie obwodu łączącego zegar z obroną bakteryjną otwiera nową drogę do zmniejszenia naszej zależności od ograniczonego zakresu istniejących antybiotyków. Możliwe jest wzmocnienie naturalnej obrony przed infekcją bakteryjną poprzez celowanie w zegar.

Działanie zegara dobowego można zmienić przez ekspozycję na światło, zmianę pory posiłków, zmienność genetyczną w populacjach ludzkich oraz nowe leki zdolne do regulowania tego systemu. Jednym z problemów związanych z celowaniem w zegar z narkotykami jest to, że wpływ na inne systemy będzie szeroki, a konsekwencje trudne do przewidzenia. Jednak krótkoterminowa interwencja w celu zwiększenia odporności na infekcje może przynieść korzyści przy niskich kosztach.

Podobnie, wzmocnienie rytmu dobowego osób z grup wysokiego ryzyka, na przykład w szpitalach, poprzez kontrolowanie oświetlenia i pory posiłków może wzmocnić odporność i zapobiegać infekcjom nabytym w szpitalu.

O autorze

David Ray, profesor endokrynologii, University of Oxford oraz Gareth Kitchen, akademicki wykładowca kliniczny i anestezjolog, University of Manchester

Artykuł został opublikowany ponownie Konwersacje na licencji Creative Commons. Przeczytać oryginalny artykuł.

książki_zdrowie