Нобелевскую премию по физиологии и медицине дали за «биологические часы». Можно подробнее?

Нобелевский комитет 2 октября объявил, что премия по физиологии и медицине достается Джеффри Холлу, Майклу Росбашу и Майклу Янгу за работы в области биологических ритмов. «Медуза» подробнее объясняет, в чем суть работы лауреатов и как знание о биологических часах мушек поможет медицине.

За что дали премию?

«За открытие молекулярных механизмов, контролирующих циркадианные ритмы» — так звучит формулировка Нобелевского комитета. У всякого организма есть так называемые биологические часы. Как правило, в быту люди употребляют это словосочетание, когда, к примеру, начинает клонить в сон. На самом деле это куда более сложная система.

Гены, которые определяют работу биологических часов, открыли еще в 1980–90-х годах. Они называются: period (белок, который производится с его помощью, называется PER), timeless (белок TIM) и doubletime (белок DBT).

Заслуга Холла, Росбаша и Янга в том, что они определили эти гены и проанализировали, как они работают у мушек-дрозофил. Таким образом ученые разобрались, как у этих мушек устроены биологические часы — то есть как гены определяют их поведение в течение суток.

Дрозофилы? Но премия же по медицине?

По словам сомнолога, главного научного сотрудника Института проблем экологии и эволюции им. А. Н. Северцова Владимира Ковальзона, эти механизмы у дрозофил и людей очень похожи: принцип возник на заре эволюции и оказался настолько удачным, что распространился довольно широко.

Сейчас благодаря работам нобелевских лауреатов 2017 года и исследованиям других специалистов мы знаем, что циркадианные ритмы касаются не только сна и бодрствования: практически каждая клетка организма живет в соответствии с циклом, который примерно равен 24 часам. Причем пик активности у разных органов и систем приходится на разное время. Например, известно, что лучшая физическая форма у человека — ранним вечером.

Как в итоге работают биологические часы?

В их работе участвует сразу несколько белков. Холл, Росбаш и Янг установили, что белок PER вырабатывается в течение ночи, накапливается в цитоплазме клетки, а другой белок — TIM — помогает ему попасть в ядро клетки, где благодаря этому блокируется работа гена period. Затем оба белка разрушаются. Их отсутствие провоцирует новый цикл. Благодаря белку DBT цикл остается неизменным.

Зачем нам это знать?

Есть люди, у которых работа биологических часов нарушена из-за мутаций в некоторых генах. В итоге их циклы сильно смещены. Например, они хотят спать уже к семи вечера и просыпаются в три-четыре часа утра. Это приводит к недосыпу и сонливости, если обстоятельства не позволяют ложиться в удобное время. Зная, как работают биологические часы, теоретически можно создать препараты, которые поправят цикл. Пока таких средств не существует.

Кроме того, благодаря знанию механизмов можно выявлять периоды, когда определенные лекарства более эффективны и при этом вызывают меньше нежелательных реакций.

Нарушение этих циклов из-за внешних обстоятельств плохо влияет на здоровье людей. Так бывает при смене часовых поясов (джетлаге), социальном джетлаге (когда люди, которые генетически предрасположены, например, к тому, чтобы засыпать позже, вынуждены вставать на работу к семи утра). У людей, которые работают в ночную смену, чаще развиваются инфаркт миокарда, инсульт, ожирение и сахарный диабет.

Возможно, всем им удастся помочь именно благодаря знанию о том, как работают биологические часы.