Cercetătorii au studiat un ceas circadian în timp real, în premieră pentru știință

Cu toții avem un ceas încorporat care ne spune când este timpul să mâncăm, când să dormim și când să ne trezim și să facem ceva în timpul zilei. De fapt, multe organisme au așa ceva, motiv pentru care este un domeniu de cercetare atât de important pentru oamenii de știință.

Acum, ceasul circadian și răspunsurile sale la indicii de mediu au fost studiate într-un mod care nu a mai fost făcut până acum. Oamenii de știință au reușit să urmărească ceasul și funcțiile sale în timp real, folosind un mic organism acvatic numit cianobacterie (Synechococcus elongatus). Având în vedere că ceasul său funcționează într-un mod similar cu al nostru, acesta ne poate spune câteva lucruri despre propriile noastre ritmuri zilnice, potrivit studiului publicat de sciencealert.com.

Echipa a analizat oscilatorul central al cianobacteriei – o nanomachină alimentată de trei proteine care acționează ca un regulator de timp – studiind modul în care producția sa acționează ca un semnal pentru menținerea timpului. Nucleul „oscilează” ca răspuns la diferite molecule de semnal care se leagă de el pe parcursul zilei, ceea ce are ca rezultat expresia ritmică a sute de gene din cadrul cianobacteriei.

Noul studiu analizează modul în care aceste interacțiuni se modifică atunci când ceasul cianobacteriei se „resetează” la nivel molecular, ceea ce ar putea fi comparat cu decalajul orar sau cu ajustarea orei de vară pentru oameni.

„Am folosit reacții de ceas in vitro și am realizat experimente masiv paralele pentru a studia antrenarea, sincronizarea ceasului cu mediul înconjurător, în prezența componentelor de ieșire”, scriu cercetătorii în lucrarea publicată.

Cercetarea se bazează pe un ceas in vitro pe care unii membri ai echipei îl dezvoltaseră anterior, unul care putea funcționa în interiorul unui tub de testare. Prin noi progrese în modul de monitorizare și funcționare a ceasului, echipa a reușit să obțină citiri în timp real, pe măsură ce setările de sincronizare erau ajustate și reacționau la acestea.

Acest lucru a scos la iveală mai multe informații noi, inclusiv faptul că enzimele cunoscute sub numele de kinaze care mediază expresia genetică sunt mai strâns legate de funcția ceasului decât se credea anterior.

„În primele două decenii de la descoperirea sa, majoritatea cercetărilor s-au concentrat asupra oscilatorului central”, spune biochimistul Mingxu Fang, de la Universitatea California San Diego: „Acum descoperim că kinazele, despre care se credea anterior că sunt doar componente de ieșire, fac de fapt parte din întregul ceas.”

Oscilatorul de bază este adesea considerat ca fiind „angrenajul” ceasului circadian, iar kinazele ca fiind „mâinile”, ambele fiind necesare pentru a da ora exactă. Ceea ce arată acest studiu este că ambele sunt necesare – și cât de strâns legate sunt intrările și ieșirile ceasului.

„Acum știm că mâinile ceasului fac parte, de fapt, din mecanismul de menținere a timpului”, spune biologul molecular Susan Golden, de la UC San Diego: „Dacă nu aveți ambele mâini, acestea nu setează corect ora, deoarece una dintre ele este un stabilizator și una este un perturbator al semnalului de resetare, iar dumneavoastră aveți nevoie de ambele.”

Altfel spus, în recuperarea informațiilor de la ceas, kinazele interferează și cu acesta. S-a demonstrat, de asemenea, că este nevoie de două kinaze pentru a răspunde în mod corespunzător la un semnal de „resetare”, așa cum s-ar putea întâmpla atunci când ne deplasăm în funcție de fusul orar.

Acum că această metodă de monitorizare în timp real a fost stabilită, ea poate fi utilizată pentru a înțelege mai bine modul în care funcționează ritmurile noastre circadiene interne și modul în care cronometrarea lor are un efect asupra restului corpului nostru.