Miega zinātne: kāpēc tika piešķirta Nobela prēmija medicīnā. Nobela prēmija medicīnā piešķirta par diennakts ritmu mehānismu atklāšanu Nobela prēmija bioloģijā vai medicīnā

Dzīve uz Zemes pakļaujas ritmam, kas nosaka planētas rotāciju ap sevi un ap Sauli. Lielākajai daļai dzīvo organismu ir iekšējie "pulksteņi" - mehānismi, kas ļauj tiem dzīvot saskaņā ar šo ritmu. Hols, Rosbašs un Jangs ieskatījās būrī un redzēja, kā darbojas bioloģiskais pulkstenis.

Drosophila mušas kalpoja kā paraugorganismi. Ģenētiķiem izdevies identificēt gēnu, kas kontrolē kukaiņu dzīves ritmu. Izrādījās, ka tas kodē proteīnu, kas šūnās uzkrājas naktī un tiek lēnām izmantots dienas laikā. Vēlāk tika atklāti vēl vairāki proteīni, kas ir iesaistīti diennakts ritma regulēšanā. Tagad biologiem ir skaidrs, ka ikdienas rutīnas regulēšanas mehānisms ir vienāds visos dzīvajos organismos, sākot no augiem un beidzot ar cilvēkiem. Šis mehānisms kontrolē aktivitāti, hormonu līmeni, ķermeņa temperatūru un vielmaiņu, kas mainās atkarībā no diennakts laika. Kopš Hola, Rosbaša un Jaga atklājumiem ir parādījies daudz datu par to, cik pēkšņas vai pastāvīgas dzīvesveida novirzes no “bioloģiskā pulksteņa” noteiktajām var būt bīstamas veselībai.

Pirmie pierādījumi, ka dzīvām radībām ir “laika izjūta”, parādījās 18. gadsimtā: toreiz franču dabaszinātnieks Žans Žaks d'Hortu de Mairans parādīja, ka mimoza turpina atvērt ziedus no rīta un aizvērties vakarā, pat atrodoties iekšā. tumsa visu diennakti.Turpmākie pētījumi parādīja, ka diennakts laiku izjūt ne tikai augi, bet arī dzīvnieki, tajā skaitā cilvēki.Periodiskās fizioloģisko rādītāju un uzvedības izmaiņas dienas laikā sauca par diennakts ritmiem – no latīņu valodas. apm- aplis un mirst- diena.

Pagājušā gadsimta 70. gados Seymour Benzer un viņa students Ronalds Konopka atrada gēnu, kas kontrolē diennakts ritmus Drosofilā, un noteica tā periodu. 1984. gadā Džefrijs Hols un Maikls Rosbašs, kas strādāja Brandelisa universitātē Bostonā, un Maikls Jangs no Ņujorkas Rokfellera universitātes, izolēja gēnu. periodā, un tad Hols un Rosbašs izdomāja, ko dara tajā iekodētais proteīns PER – un tas šūnā uzkrājas naktī un tiek pavadīts visu dienu, tāpēc pēc koncentrācijas var spriest par diennakts laiku.

Šī sistēma, kā ierosināja Hall un Rosbash, regulē pati: PER proteīns bloķē perioda gēna darbību, tāpēc proteīnu sintēze apstājas, tiklīdz tā ir pārāk daudz, un atsāk, kad proteīns tiek patērēts. Atlika vien atbildēt uz jautājumu, kā proteīns nokļūst šūnas kodolā – galu galā tikai tur tas var ietekmēt gēna darbību.

1994. gadā Jangs atklāja otru diennakts ritmiem svarīgu gēnu, mūžīgu, kas kodē TIM proteīnu, kas palīdz PER proteīnam šķērsot kodola membrānu un bloķēt perioda gēnu. Vēl viens gēns dubultlaiks, izrādījās atbildīgs par DBT proteīnu, kas palēnina PER proteīna uzkrāšanos - tā, ka tā sintēzes cikls un pauzes starp tām ilgst 24 stundas. Turpmākajos gados tika atklāti daudzi citi gēni un olbaltumvielas - "bioloģiskā pulksteņa" smalkā mehānisma daļas, tostarp tās, kas ļauj "uztīt rokas" - olbaltumvielas, kuru darbība ir atkarīga no apgaismojuma.

Diennakts ritmi regulē dažādus mūsu ķermeņa dzīves aspektus, tostarp ģenētiskajā līmenī: daži gēni ir aktīvāki naktī, daži dienā. Pateicoties 2017. gada laureātu atklājumiem, diennakts ritmu bioloģija ir izaugusi par plašu zinātnes disciplīnu; Katru gadu tiek rakstīti desmitiem zinātnisku rakstu par to, kā “bioloģiskais pulkstenis” darbojas dažādām sugām, tostarp cilvēkiem.

Nobela prēmija fizioloģijā vai medicīnā. Par tās īpašniekiem kļuva zinātnieku grupa no ASV. Maikls Jangs, Džefrijs Hols un Maikls Rosbašs saņēma balvu par molekulāro mehānismu atklāšanu, kas kontrolē diennakts ritmu.

Saskaņā ar Alfrēda Nobela testamentu balva tiek piešķirta "ikvienam, kurš veic svarīgu atklājumu" šajā jomā. TASS-DOSSIER redakcija ir sagatavojusi materiālu par šīs balvas un tās laureātu piešķiršanas kārtību.

Balvas piešķiršana un kandidātu izvirzīšana

Par balvas piešķiršanu ir atbildīga Karolinskas institūta Nobela asambleja, kas atrodas Stokholmā. Asamblejā ir 50 institūta profesori. Tās darba struktūra ir Nobela komiteja. Tās sastāvā ir pieci cilvēki, kurus asambleja ievēl no tās locekļu vidus uz trim gadiem. Asambleja tiekas vairākas reizes gadā, lai apspriestu komitejas izvēlētos kandidātus, un oktobra pirmajā pirmdienā tā ar balsu vairākumu ievēl laureātu.

Tiesības izvirzīt balvas saņemšanai ir dažādu valstu zinātnieki, tostarp Karolinskas institūta Nobela asamblejas locekļi un Nobela prēmijas fizioloģijā un medicīnā un ķīmijā ieguvēji, kuri saņēmuši īpašus Nobela komitejas ielūgumus. Kandidātus var izvirzīt no septembra līdz nākamā gada 31. janvārim. 2017. gadā uz balvu pretendē 361 cilvēks.

Laureāti

Balva tiek pasniegta kopš 1901. gada. Pirmais laureāts bija vācu ārsts, mikrobiologs un imunologs Emīls Ādolfs fon Bērings, kurš izstrādāja imunizācijas metodi pret difteriju. 1902. gadā balvu saņēma Ronalds Ross (Lielbritānija), kurš pētīja malāriju; 1905. gadā - Roberts Kohs (Vācija), kurš pētīja tuberkulozes izraisītājus; 1923. gadā - Frederiks Bantings (Kanāda) un Džons Makleods (Lielbritānija), kuri atklāja insulīnu; 1924. gadā - elektrokardiogrāfijas pamatlicējs Vilems Einthovens (Holande); 2003. gadā Pols Lauterburs (ASV) un Pīters Mensfīlds (Lielbritānija) izstrādāja magnētiskās rezonanses attēlveidošanas metodi.

Saskaņā ar Karolinskas institūta Nobela komitejas datiem slavenākā balva joprojām ir 1945. gada balva, kas piešķirta penicilīna atklājējiem Aleksandram Flemingam, Ernestam Čeinam un Hovardam Florejam (Lielbritānija). Daži atklājumi laika gaitā ir zaudējuši savu nozīmi. Starp tiem ir lobotomijas metode, ko izmanto garīgo slimību ārstēšanā. Portugālis António Egas-Moniz saņēma balvu par tās attīstību 1949. gadā.

2016. gadā balva tika piešķirta japāņu biologam Jošinori Ohsumi “par autofagijas mehānisma atklāšanu” (process, kurā šūna apstrādā tajā nevajadzīgo saturu).

Saskaņā ar Nobela tīmekļa vietni, šodien balvas ieguvēju sarakstā ir 211 cilvēki, tostarp 12 sievietes. Laureātu vidū ir divi mūsu tautieši: fiziologs Ivans Pavlovs (1904; par darbu gremošanas fizioloģijas jomā) un biologs un patologs Iļja Mečņikovs (1908; par imunitātes pētījumiem).

Statistika

1901.-2016.gadā prēmija fizioloģijā vai medicīnā piešķirta 107 reizes (1915.-1918., 1921., 1925., 1940.-1942. gadā Karolinskas institūta Nobela asambleja nevarēja izvēlēties laureātu). 32 reizes balva tika sadalīta starp diviem laureātiem un 36 reizes starp trim. Laureātu vidējais vecums ir 58 gadi. Jaunākais ir kanādietis Frederiks Bantings, kurš balvu saņēma 1923. gadā 32 gadu vecumā, vecākais ir 87 gadus vecais amerikānis Frensiss Peitons Rouzs (1966).

Pirmdien Stokholmā sākās ikgadējā Nobela nedēļa, kurā tika paziņoti fizioloģijas vai medicīnas balvas ieguvēji. norādīja, ka šajā kategorijā balvu 2017. gadā saņēma pētnieki Maikls Rosbašs un Maikls Jangs par

molekulāro mehānismu atklāšana, kas kontrolē diennakts ritmus - dažādu bioloģisko procesu intensitātes cikliskas svārstības, kas saistītas ar dienas un nakts maiņu.

Dzīve uz Zemes ir pielāgota planētas rotācijai. Jau sen ir noskaidrots, ka visiem dzīviem organismiem, sākot no augiem līdz cilvēkiem, ir bioloģiskais pulkstenis, kas ļauj organismam pielāgoties izmaiņām, kas dienas laikā notiek vidē. Pirmie novērojumi šajā jomā tika veikti mūsu ēras sākumā, un pamatīgāki pētījumi sākās 18. gadsimtā.

Līdz 20. gadsimtam augu un dzīvnieku diennakts ritmi bija izpētīti diezgan pilnībā, taču tas, kā tieši darbojās “iekšējais pulkstenis”, palika noslēpums. Šo noslēpumu atklāja amerikāņu ģenētiķi un hronobiologi Hols, Rosbašs un Jangs.

Augļu mušas kļuva par paraugorganismu pētījumiem. Pētnieku komandai izdevās atklāt viņos gēnu, kas kontrolē bioloģiskos ritmus.

Zinātnieki ir atklājuši, ka šis gēns kodē proteīnu, kas šūnās uzkrājas nakts laikā un tiek iznīcināts dienas laikā.

Pēc tam viņi identificēja citus elementus, kas ir atbildīgi par “šūnu pulksteņa” pašregulāciju, un pierādīja, ka bioloģiskais pulkstenis darbojas līdzīgi citos daudzšūnu organismos, tostarp cilvēkos.

Mūsu iekšējie pulksteņi pielāgo mūsu fizioloģiju pilnīgi dažādiem diennakts laikiem. No tiem ir atkarīga mūsu uzvedība, miegs, vielmaiņa, ķermeņa temperatūra un hormonu līmenis. Mūsu pašsajūta pasliktinās, ja rodas neatbilstība starp iekšējā pulksteņa darbību un vidi. Tādējādi organisms uz pēkšņām laika joslas izmaiņām reaģē ar bezmiegu, nogurumu un galvassāpēm. Jet lag jau vairākus gadu desmitus ir iekļauts Starptautiskajā slimību klasifikācijā. Dzīvesveida un ķermeņa diktēto ritmu neatbilstība palielina risku saslimt ar daudzām slimībām.

Pirmos dokumentētos eksperimentus ar iekšējiem pulksteņiem 18. gadsimtā veica franču astronoms Žans Žaks de Merāns. Viņš atklāja, ka mimozas lapas nokrīt tumsā un no rīta atkal izplatās. Kad de Merāns nolēma pārbaudīt, kā augs uzvesties bez gaismas pieejamības, izrādījās, ka mimozas lapas nokrita un pacēlās neatkarīgi no apgaismojuma – šīs parādības bija saistītas ar diennakts laika izmaiņām.

Pēc tam zinātnieki atklāja, ka arī citiem dzīviem organismiem ir līdzīgas parādības, kas organismu pielāgo apstākļu izmaiņām dienas laikā.

Tos sauca par diennakts ritmiem, no vārdiem circa - "apkārt" un dies - "diena". Septiņdesmitajos gados fiziķis un molekulārais biologs Seimūrs Bencers domāja, vai var identificēt gēnu, kas kontrolē diennakts ritmus. Viņam tas izdevās, gēns tika nosaukts par periodu, bet kontroles mehānisms palika nezināms.

1984. gadā Holam, Roibašam un Jangam izdevās viņu atpazīt.

Viņi izolēja nepieciešamo gēnu un atklāja, ka tas ir atbildīgs par ar to saistītā proteīna (PER) uzkrāšanos un iznīcināšanu šūnās atkarībā no diennakts laika.

Nākamais pētnieku uzdevums bija saprast, kā rodas un tiek uzturētas diennakts svārstības. Hols un Rosbash ierosināja, ka proteīna uzkrāšanās bloķē gēna darbību, tādējādi regulējot olbaltumvielu saturu šūnās.

Taču, lai bloķētu gēna darbību, citoplazmā ražotajam proteīnam jānonāk līdz šūnas kodolam, kur atrodas ģenētiskais materiāls. Izrādās, ka PER patiešām naktī integrējas kodolā, bet kā tas tur nokļūst?

1994. gadā Jangs atklāja citu gēnu, mūžīgu, kas kodē proteīnu TIM, kas ir būtisks normāliem diennakts ritmiem.

Viņš atklāja, ka tad, kad TIM saistās ar PER, viņi spēj iekļūt šūnas kodolā, kur tie bloķē perioda gēnu, izmantojot atgriezeniskās saites inhibīciju.

Bet daži jautājumi joprojām palika neatbildēti. Piemēram, kas kontrolēja diennakts svārstību biežumu? Pēc tam Young atklāja citu gēnu, doubletime, kas ir atbildīgs par DBT proteīna veidošanos, kas aizkavēja PER proteīna uzkrāšanos. Visi šie atklājumi palīdzēja saprast, kā svārstības tiek pielāgotas 24 stundu ikdienas ciklam.

Pēc tam Hols, Roybash un Young veica vēl vairākus atklājumus, kas papildināja un pilnveidoja iepriekšējos.

Piemēram, viņi identificēja vairākus proteīnus, kas nepieciešami perioda gēna aktivizēšanai, kā arī atklāja mehānismu, ar kura palīdzību iekšējais pulkstenis tiek sinhronizēts ar gaismu.

Visticamākie pretendenti uz Nobela prēmiju šajā jomā bija virusoloģe Juaņa Čanga un viņas vīrs onkologs, kurš atklāja ar Kapoši sarkomu saistīto 8. tipa herpes vīrusu; Profesors Lūiss Kantlijs, kurš atklāja fosfoinositīda 3-kināzes enzīmu signalizācijas ceļus un pētīja to lomu audzēja augšanā, un profesors, kurš sniedza lielu ieguldījumu ar smadzeņu attēlveidošanas metodēm iegūto datu analīzē.

2016. gadā japānis Jošinori Ohsumi ieguva balvu par autofagijas mehānisma – intracelulāro atkritumu degradācijas un pārstrādes procesa – atklāšanu.

2017. gada 2. oktobrī Nobela komiteja paziņoja 2017. gada Nobela prēmijas laureātu vārdus fizioloģijā vai medicīnā. 9 miljonus zviedru kronu vienādās daļās sadalīs amerikāņu biologi Džefrijs K. Hols, Maikls Rosbašs un Maikls V. Jangs par bioloģiskā pulksteņa molekulārā mehānisma atklāšanu, tas ir, bezgalīgi cilpveida organismu dzīves diennakts ritmu, t.sk. cilvēkiem.

Miljonu gadu laikā dzīvība ir pielāgojusies planētas rotācijai. Jau sen zināms, ka mums ir iekšējais bioloģiskais pulkstenis, kas paredz un pielāgojas diennakts laikam. Vakarā es gribu aizmigt, un no rīta es gribu pamosties. Hormoni tiek izvadīti asinīs stingri pēc grafika, un arī cilvēka spējas/uzvedība - koordinācija, reakcijas ātrums - ir atkarīgas arī no diennakts laika. Bet kā darbojas šis iekšējais pulkstenis?

Bioloģiskā pulksteņa atklāšanu piedēvē franču astronomam Žanam Žakam de Merānam, kurš 18. gadsimtā pamanīja, ka mimozas lapas pa dienu atveras pret Sauli un aizveras naktī. Viņš domāja, kā augs uzvesties, ja to novietotu piķa tumsā. Izrādījās, ka pat tumsā mimoza sekoja plānam – it kā tai būtu iekšējais pulkstenis.

Vēlāk šādi bioritmi tika konstatēti citos augos, dzīvniekos un cilvēkos. Gandrīz visi dzīvie organismi uz planētas reaģē uz Sauli: diennakts ritms ir cieši iebūvēts zemes dzīvē, visas planētas dzīvības vielmaiņā. Bet kā šis mehānisms darbojas, tas palika noslēpums.

Nobela prēmijas laureāti izolēja gēnu, kas kontrolē augļu mušu ikdienas bioloģisko ritmu (cilvēkiem un mušām kopīgu senču klātbūtnes dēļ ir daudz kopīgu gēnu). Pirmo atklājumu viņi veica 1984. gadā. Atklātais gēns tika nosaukts periodā.

Gene periodā kodē PER proteīnu, kas uzkrājas šūnās naktī un tiek iznīcināts dienas laikā. PER proteīna koncentrācija mainās 24 stundu laikā atbilstoši diennakts ritmam.

Pēc tam viņi identificēja papildu proteīna komponentus un pilnībā atklāja diennakts ritma pašpietiekamu intracelulāro mehānismu - šajā unikālajā reakcijā PER proteīns bloķē gēnu aktivitāti. periodā, tas ir, PER bloķē sintēzi pati par sevi, bet dienas laikā pakāpeniski sabojājas (sk. diagrammu iepriekš). Šis ir pašpietiekams bezgalīgas cilpas mehānisms. Tas darbojas pēc tāda paša principa citos daudzšūnu organismos.

Pēc gēna, atbilstošā proteīna un kopējā iekšējā pulksteņa mehānisma atklāšanas pietrūka vēl pāris puzles gabaliņu. Zinātnieki zināja, ka PER proteīns uzkrājas šūnas kodolā naktī. Viņi arī zināja, ka atbilstošā mRNS tiek ražota citoplazmā. Nebija skaidrs, kā proteīns no citoplazmas nokļūst šūnas kodolā. 1994. gadā Maikls Jangs atklāja vēl vienu gēnu bez laika, kas kodē TIM proteīnu, kas nepieciešams arī normālai iekšējā pulksteņa darbībai. Viņš pierādīja, ka, ja TIM saistās ar PER, tad proteīnu pāris var iekļūt šūnas kodolā, kur tie bloķē gēnu aktivitāti. periodā, tādējādi noslēdzot nebeidzamo PER proteīna ražošanas ciklu.

Izrādās, ka šis mehānisms mūsu iekšējo pulksteni pielāgo diennakts laikam ar izsmalcinātu precizitāti. Tas regulē dažādas ķermeņa kritiskās funkcijas, tostarp cilvēka uzvedību, hormonu līmeni, miegu, ķermeņa temperatūru un vielmaiņu. Cilvēks jūtas slikti, ja ir īslaicīga neatbilstība starp ārējiem apstākļiem un viņa iekšējo bioloģisko pulksteni, piemēram, ceļojot lielus attālumus dažādās laika zonās. Ir arī pierādījumi, ka hroniska neatbilstība starp dzīvesveidu un ķermeņa pulksteni ir saistīta ar paaugstinātu risku saslimt ar dažādām slimībām, tostarp diabētu, aptaukošanos, vēzi un sirds un asinsvadu slimībām.

Vēlāk Maikls Jangs identificēja vēl vienu gēnu dubultlaiks, kas kodē DBT proteīnu, kas palēnina PER proteīna uzkrāšanos šūnā un ļauj organismam precīzāk pielāgoties 24 stundu dienai.

Turpmākajos gados pašreizējie Nobela prēmijas laureāti ir sīkāk izgaismojuši citu molekulāro komponentu iesaistīšanos diennakts ritmā; viņi ir atraduši papildu proteīnus, kas ir iesaistīti gēnu aktivācijā. periodā, kā arī noskaidroja mehānismus, kā gaisma palīdz sinhronizēt bioloģisko pulksteni ar ārējās vides apstākļiem.

No kreisās uz labo: Maikls Rozbašs, Maikls Jangs, Džefrijs Hols

Iekšējā pulksteņa mehānisma izpēte nebūt nav pabeigta. Mēs zinām tikai galvenās mehānisma daļas. Diennakts bioloģija - iekšējā pulksteņa un diennakts ritma izpēte - ir parādījusies kā atsevišķa strauji augoša pētniecības joma. Un tas viss notika, pateicoties trim pašreizējiem Nobela prēmijas laureātiem.

Par to, ka diennakts ritmu molekulārajam mehānismam tiktu piešķirta Nobela prēmija, eksperti jau vairākus gadus sprieduši – un nu šis notikums beidzot ir noticis.