Nasze zegary biologiczne nie cieszą się dużym szacunkiem.
Jasne, cały czas o nich rozmawiamy: „Nie jestem poranną osobą” lub „Jestem taka zrzędliwa”. Zazwyczaj jednak chodzi tylko o rozmowę lub zagrywanie kartą biologiczną, jeśli czujemy się szczególnie dysfunkcyjny.
Ale w rzeczywistości nasz wewnętrzny zegar wydaje się być potężną siłą w utrzymywaniu nas w zdrowiu. A teraz, gdy trzech amerykańskich naukowców zajmujących się rytmem okołodobowym zdobyło Nagrodę Nobla w dziedzinie fizjologii lub medycyny, jej wpływ na to, jak się czujemy i jak funkcjonujemy, jest traktowany poważniej w środowisku medycznym.
Ci badacze stwierdzili, że geny powiązane z naszymi zegarami biologicznymi odgrywają kluczową rolę we wszystkim, od poziomu hormonów i temperatury ciała po nasze cykle snu, a nawet nasze zachowanie. Uważa się teraz, że od 30 do 50 procent naszych genów ma aktywność regulowaną przez rytmy okołodobowe, w tym te, które są częścią naszego układu odpornościowego.
„Istnieje mnóstwo dowodów na to, że schorzenia takie jak depresja, cukrzyca, choroby serca i choroba Alzheimera mają związek z zegarem biologicznym” - mówi Rosemary Braun, adiunkt medycyny prewencyjnej w Feinberg University of Northwestern University.
„A co, jeśli moglibyśmy wykryć czas fizjologiczny danej osoby?”
O której jesteś
Braun jest częścią zespołu badawczego w Northwestern, który zrobił duży pierwszy krok w tym kierunku. W badaniu opublikowanym niedawno w Proceedings of National Academy of Sciences naukowcy poinformowali o opracowaniu badania krwi, które według nich może wykryć, która jest godzina w ciele człowieka.
Braun twierdzi, że test o nazwie TimeSignature może przyjść w ciągu półtorej godziny od oceny biologicznego czasu danej osoby. Jedną z prawdopodobnych korzyści jest to, że może pomóc lekarzom precyzyjniej oceniać, kiedy leki - czy to pigułka na ciśnienie krwi, czy chemioterapia - byłyby najbardziej skuteczne.
„Może być bardziej sensowne przyjmowanie leku w jednym czasie niż w innym”, mówi Ravi Allada, profesor neurobiologii w Northwestern's Weinberg College of Arts and Sciences i jeden ze współautorów badania. „Ten test może nam pomóc w określeniu, kiedy powinieneś wziąć tę pigułkę”.
Określając najlepszy czas na zażywanie leku, można zastosować niższe dawki, co może zmniejszyć ryzyko wystąpienia działań niepożądanych.
Allada zauważa, że wiele aspektów choroby jest związanych z naszymi wewnętrznymi zegarami, na przykład gdy w ciągu dnia osoba może być najbardziej narażona na zawał serca lub atak astmy. Powtarza punkt Brauna o podejrzeniu związku między zakłóconym zegarem biologicznym a przewlekłymi problemami zdrowotnymi.
„Możesz myśleć o zegarze jak o dyrygencie orkiestry i wszystko musi się wydarzyć we właściwym czasie”, mówi Allada. „Ale jeśli zakłócisz dyrygenta, nie będziesz już mieć muzyki.”
Odczytywanie wzorów genów
Pomysł, że próbki krwi można wykorzystać do ustalenia czasu ciała osoby, nie jest nowy. Ale wcześniej wymagało to od osoby pobierania krwi co godzinę przez większą część dnia, co jest kosztowne i bardzo niepraktyczne.
Ale dzięki TimeSignature krew należy pobierać tylko dwa razy w ciągu jednego dnia, a celem jest sprowadzenie jej do jednej próbki. Jak więc naukowcy byli w stanie tak radykalnie uprościć ten proces?
Sztuczna inteligencja.
W szczególności pobierali próbki krwi co dwie godziny od grupy badanych osób i powiększali te dane o pomiary z czterech innych badań. Następnie napisali algorytm nakazujący komputerowi przeanalizowanie 20 000 różnych genów i poszukiwanie wzorców w czasie „ekspresji genów” - gdy DNA jest przekształcane w produkt, taki jak białko. Ostatecznie maszyna była w stanie zawęzić liczbę do 41 genów, które najsilniej wykazywały aktywność genów w różnych porach dnia. Dzięki temu był w stanie skorelować porę dnia z aktywnością w tych 41 markerach ekspresji genów.
„Pomyśleliśmy, że będziemy w stanie wykorzystać aktywność w tych genach i pracować wstecz i będziemy mogli wydedukować, która pora dnia jest w twoim ciele”, mówi Braun.
Do tej pory TimeSignature był używany tylko do testowania zdrowych osób. Analizując próbki krwi, można było wydedukować czas pobierania krwi.
Braun twierdzi, że przyszłe badania będą koncentrować się na określaniu biologicznego czasu ludzi, których zegary biologiczne nie są zsynchronizowane z czasem rzeczywistym.
Kenneth Wright jest dyrektorem Sleep and Chronobiology Laboratory na University of Colorado, Boulder. Nie był zaangażowany w badanie, ale docenia potencjał testu.
„Możliwość dokładnego i łatwego określenia wewnętrznego czasu dobowego ma istotne znaczenie dla określenia dobowego zdrowia danej osoby i optymalnego czasu leczenia”, mówi.
„Nowa technika jest postępem”, dodaje Wright, „ale należy ją przetestować, aby zobaczyć, jak dokładnie może przewidzieć rzeczywisty wewnętrzny biologiczny czas ludzi. Wyniki badań pokazują, że nowa technika pozwala przewidzieć godzinę, w której próbka została pobrana, a nie biologiczny czas danej osoby. ”
Allada przyznaje, że może istnieć odchylenie między czasem zegara biologicznego a „zegarem ściennym”, ale twierdzi, że u zdrowych badanych osób test ten był „bliskim przybliżeniem” drugiego.
Przewidywanie ryzyka
Chociaż Northwestern złożył wniosek o patent na rzeczywiste badanie krwi TimeSignature, udostępnił algorytm innym badaczom. Braun twierdzi, że obiecujące jest to, że test działa w innych zewnętrznych laboratoriach i że okazał się „solidny” - jego szacunkowy czas wewnętrzny danej osoby nie wydaje się być wyrzucany przez przypadkowe zdarzenia, takie jak zagraniczny lot przez wiele strefy czasowe.
Zwiększa to szanse, że badanie krwi z zegarem biologicznym może pewnego dnia stać się standardową częścią corocznej kontroli.
Allada uważa, że biorąc pod uwagę związek między zakłóconymi zegarami biologicznymi a różnymi warunkami zdrowotnymi, test może pewnego dnia zostać wykorzystany do przewidzenia, kto może być bardziej narażony na rozwój niektórych chorób. Może to być szczególnie pomocne w leczeniu stanów takich jak choroba Alzheimera, w których objawy zwykle nie są widoczne, dopóki choroba nie rozwinie się znacząco.
„Jeśli czyjeś ciało jest dalekie od tego, czym powinno być, może to być predysponujący czynnik ryzyka choroby”, mówi Allada. „Najważniejszym postępem w tej dziedzinie jest możliwość pomiaru procesu biologicznego, który, jak wiemy, jest ważny w odniesieniu do chorób, i robienie tego w praktyczny sposób, aby ktoś mógł iść do gabinetu lekarza i pobrać krew i to rozszyfrować . ”
