Nobelova cena za výzkum vnitřních biologických hodin

Jak zdůraznil Nobelovský výbor, tři letošní laureáti vyřešili klíčový problém pro živé organismy: totiž jakým způsobem rostliny, živočichové a lidé přizpůsobují své biologické rytmy pravidelnému rytmu dne a synchronizují je s otáčením Země. I tato schopnost přizpůsobovat se střídání dne a noci a s nimi souvisejícím pravidelným změnám v prostředí má podstatu v genech. Ocenění američtí vědci dokázali izolovat u octomilek gen řídící běžné denní biorytmy a ukázali, jak tento gen (nazvaný period) kóduje v buňce bílkovinu (nazvanou PER), která se během noci hromadí v buňce a během dne se pak znovu odbourává. Tento mechanismus umožňuje organismu přizpůsobit se různým fázím dne. Následné výzkumy odhalily podíl dalších genů ve složitém systému cirkadiánních rytmů.

Jelikož mají vliv na tak zásadní funkce v organismu, jako jsou spánek, tělesná teplota, metabolismus, hlad, hladiny hormonů atd., mají objevy nových nositelů Nobelovy ceny dalekosáhlé důsledky pro medicínu. Jejich narušení totiž může vést k únavě a poruchám spánku i řadě chorob – mechanismus vysvětluje podstatu tzv. pásmové nemoci, která vzniká, když lidé cestující na dlouhé vzdálenosti přes několik časových pásem. Výzkumy podle prohlášení Nobelovského výboru ale naznačují, že dlouhodobý nesoulad mezi naším životním stylem a přirozenými biologickými rytmy může také zvyšovat riziko řady chorob.

"Biologické hodiny jsou velice důležité pro synchronizaci našich vnitřních fyziologických dějů s tím, co se děje v okolním prostředí. Rosbash s Hallem byli první, kdo naklonoval tento gen u octomilky. Tím rozpoutali molekulární a genetickou fázi výzkumu biologických hodin, která začala u hmyzu, ale následně pokračovala i u myší a člověka. Díky tomu dnes víme, že podstata biologických hodin na molekulární a genetické úrovni je u všech organismů víceméně stejná," vysvětluje v článku Lidových novin Objasnili chod biologických hodin profesor Ivo Šauman, vedoucí oddělení molekulární biologie a genetiky v Entomologickém ústavu Biologického centra AV ČR. Ivo Šauman se svým týmem dlouhodobě studuje způsoby, jimiž zejména hmyz synchronizuje své biologické rytmy s oscilacemi okolního prostředí. Jako modelový organismus nepoužívá octomilku, ale druh motýlů, konkrétně martináče Antheraea pernyi. 

Rozluštit mechanismy, které řídí biorytmy u hmyzu, si klade za cíl i David Doležel, vedoucí Laboratoře molekulární chronobiologie v Entomologickém ústavu, který na tento úkol získal prestižní evropský grant ERC. Během pěti let chce přinést první molekulární charakterizaci fotoperiodického časovače u hmyzu. Rozluštění mechanismů, které řídí biorytmy u hmyzu, může najít využití např. v zemědělství či v ochraně životního prostředí. Tyto znalosti nám mohou pomoci např. lépe bojovat proti škůdcům způsoby šetrnými k životnímu prostředí, nebo předpovídat, jak se budou škůdci šířit, pokud se bude oteplovat planeta.

Bádání v oblasti chronobiologie, která se zabývá biologickými rytmy živých organismů, má v Akademii věd ČR dlouhé kořeny. Její bývalá předsedkyně prof. Helena Illnerová objevila vliv změny délky dne během ročních období na biologické hodiny v mozku savců.

S použitím zdrojů: Nobelprize.org, avcr.cz, Lidové noviny (3.10.2017)