Dobowe zmiany tysięcy fizjologicznych parametrów zmierzyli naukowcy z University of Pennsylvania u sześciu ochotników w czasie kilkudniowej obserwacji. Celem było sprawdzenie jak wiele z badanych wskaźników reaguje na upływ czasu i jak bardzo ludzie różnią się między sobą w zakresie tych zmian.

„Zintegrowaliśmy dane ze zdalnych czujników, urządzeń noszonych na ciele i próbek fizjologicznych, aby zobaczyć, czy możliwe byłoby wykrycie fenotypu (zbiór cech organizmu – PAP) czasowych oscylacji chronobiomu danego człowieka, pomimo zakłóceń typowych dla codziennego dnia” - wyjaśnia jeden z badaczy prof. Carsten Skarke.

Chronobiomem autorzy pracy nazywają sieć zależności między wszystkimi reakcjami organizmu, które reagują na cykl dnia i nocy.

Od długiego czasu wiadomo było, że dobowy cykl wpływa m.in. na temperaturę ciała, poziom glukozy we krwi, stężenie hormonów czy neuroprzekaźników. Lekarze wiedzą też o tym, że pora doby wpływa na nasilenie objawów różnych chorób, np. astmy czy depresji oraz na ryzyko takich zdarzeń jak zawał czy udar.

Nowe, opisane w piśmie „Scientific Reports” badanie pokazuje jednak dużo bardziej złożony obraz. Zdaniem jego autorów, prawdopodobnie organizm każdego z nas działa według indywidualnego chronobiomu.

Uzyskane wyniki wskazały na dwie rzeczy. Po pierwsze znaczna część z analizowanych parametrów ulegała dobowym wahaniom, a po drugie ochotnicy w niemałym stopniu różnili się w tym względzie między sobą.

Oprócz spodziewanych wahań ciśnienia krwi, tętna czy stężenia kortyzolu (hormon wydzielany podczas stresu), zmianom ulegały parametry związane z metabolizmem, biochemiczne reakcje powiązane z możliwością rozwoju raka, a nawet kompozycja bakterii w jamie ustnej.

„W zasadzie zdefiniowaliśmy chronobiom każdego z uczestników – zbiór indywidualnych, fizjologicznych cech w odniesieniu do 24-godzinnego rytmu – jako odbicie zależnego od czasu głębokiego fenotypu w warunkach normalnego życia” - wyjaśnia jeden z autorów publikacji dr Garret FitzGerald.

To kolejny, ważny krok w kierunku spersonalizowanej medycyny, w której leczenie ma uwzględniać indywidualne uwarunkowania chorego – np. jego geny, metabolizm czy kompozycję flory bakteryjnej. Według autorów nowej publikacji, takie podejście najprawdopodobniej będzie musiało brać pod uwagę także indywidualny zegar biologiczny pacjenta.

W pierwszej kolejności może zyskać leczenie typowych chorób z objawami zależnymi od pory doby, takich jak nadciśnienie tętnicze typu non-dipper, astma nocna, zespół jedzenia nocnego czy depresja.

To jednak dopiero początek. Już teraz na przykład niektóre leki zaleca się przyjmować o konkretnej porze dnia. Głębokie poznanie zegara biologicznego ludzi może sprawić chociażby, że pory te będą dostosowane do danej osoby.

Inaczej dany lek będą zażywać pacjenci, którzy budzą się wcześnie, a inaczej ci, którzy chodzą późno spać. To dlatego, że ich biologiczny zegar prawdopodobnie inaczej działa.

Tymczasem naukowcy natrafiają na kolejne powiązania między zegarem biologicznym a chorobami.

Niedawno zespół z Charité-Medical University of Berlin odkrył na przykład zależność między cyklem dobowym a rozwojem raka. Okazało się, że to samo białko kieruje zegarem biologicznym komórek oraz cyklem regulującym ich podziały, który to ulega zaburzeniom w komórkach nowotworowych.

Może to oznaczać kolejny potencjalny cel w walce z chorobą – twierdzą badacze. „Nasze wyniki wskazują, że zegar biologiczny blokuje powstawanie guzów i komórki nowotworowe muszą go jakość obejść. Trudno przestać się zastanawiać, czy zaburzenia cyklu dobowego powinny być uwzględnione jako potencjalna cecha raka” - mówi autorka badania dr Angela Relógio.

Kolejne prace badawcze donoszą też m.in. o znaczeniu rozregulowanego zegara biologicznego w: procesach starzenia, procesach neurodegeneracyjnych; w powstawaniu: cukrzycy, wywołanych alkoholem uszkodzeń wątroby, chorób związanych ze stanami zapalnymi czy w poronieniach.

W przypadku poronień, znaczenie może mieć źle działający zegar biologiczny w komórkach błony śluzowej macicy, na co wskazują badania zespołu z Warwick Medical School. Według tej grupy badaczy możliwe jest nawet, że do zaburzeń przyczynia się chociażby praca zmianowa.

Mając na uwadze tego rodzaju odkrycia, trudno się dziwić, że znaczenie pierwszych prac dotyczących zegara biologicznego doceniła w tym roku Komisja Noblowska, przyznając nagrodę za odkrycia w tej dziedzinie trzem naukowcom.

Badania genetycznych podstaw zegara pokazują przy tym, że jest on silnie konserwowany ewolucyjnie. To znaczy, że podobne mechanizmy zachodzą u różnych organizmów, np. u ludzi i owadów. Tak dzieje się najczęściej w przypadku procesów najważniejszych dla życia.

Marek Matacz

źródła:

https://www.nature.com/articles/s41598-017-17362-6 

http://journals.plos.org/plosbiology/article?id=10.1371/journal.pbio.2002940

http://www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(17)30878-4?_returnURL=http%3A%2F%2Flinkinghub.elsevier.com%2Fretrieve%2Fpii%2FS0092867417308784%3Fshowall%3Dtrue

https://news.northwestern.edu/stories/2015/11/circadian-clock-controls-insulin-and-blood-sugar-in-pancreas/

http://www.fasebj.org/content/29/4/1603.abstract

https://www.nature.com/articles/srep03725

https://www.pennmedicine.org/news/news-releases/2013/november/breaking-the-brain-clock-predi

http://www.utsouthwestern.edu/newsroom/articles/year-2013/immune-clock-hooper.html