Tất cả sự sống trên Trái đất đã phát triển để đối phó với một hành tinh quay, dẫn đến sự chuyển đổi có thể dự đoán được giữa ngày và đêm. Các chi tiết khác nhau giữa thực vật, nấm, vi khuẩn và động vật, nhưng tính năng phù hợp là một đồng hồ sinh học, cho phép sinh vật dự đoán sự thay đổi và chuẩn bị cho nó.
Ở động vật, đồng hồ trung tâm theo dõi đêm và ngày nằm trong não nơi nó nhận ánh sáng từ võng mạc để giữ đồng bộ với ánh sáng hoặc bóng tối. Nhưng tất cả các tế bào trong cơ thể đều có đồng hồ riêng. Bởi vì những chiếc đồng hồ sinh học này có chu kỳ gần 24 giờ, chúng được gọi là tuần hoàn (nghĩa là tuần hoàn, nghĩa là về khoảng và dian, nghĩa là ngày, từ tiếng Latin chết chết).
Bây giờ chúng ta sống với ánh sáng nhân tạo, rẻ tiền, sáng sủa, làm việc theo ca, thiếu ngủ và phản lực - tất cả những thách thức lớn đối với các cơ chế kiểm soát sinh học cổ đại trong cơ thể chúng ta. Tất cả những thách thức về sinh học và giấc ngủ là liên quan đến bệnh tật. Nhưng trong chúng ta nghiên cứu mới nhất, sử dụng chuột, chúng tôi phát hiện ra rằng nhiễm trùng vào những thời điểm khác nhau trong ngày gây ra mức độ nghiêm trọng khác nhau của bệnh.
Đáng ngạc nhiên, chúng tôi thấy rằng đồng hồ tích tắc trong các tế bào của hệ thống miễn dịch chịu trách nhiệm cho sự thay đổi trong phản ứng với nhiễm trùng vi khuẩn. Đặc biệt, các tế bào chuyên biệt gọi là đại thực bào, là những tế bào lớn nhấn chìm và tiêu diệt vi khuẩn.
Nhận tin mới nhất qua email
Ấn tượng của một nghệ sĩ về đại thực bào (màu xanh) nhấn chìm vi khuẩn lao (màu đỏ). Kateryna Kon / Shutterstock
Các đại thực bào, phát triển trong một món ăn hoặc trên một con chuột, phản ứng khác nhau vào các thời điểm khác nhau trong ngày. Và vô hiệu hóa đồng hồ trong các tế bào này dẫn đến siêu đại thực bào, di chuyển nhanh hơn và ăn nhiều vi khuẩn hơn các đại thực bào thông thường.
Chúng tôi phát hiện ra rằng các đại thực bào không có đồng hồ trên đỉnh cao đã bảo vệ chuột khỏi bị nhiễm vi khuẩn với nhiều loại vi khuẩn. Quan sát kỹ hơn về các đại thực bào cho thấy các tế bào trông khác nhau, với sự thay đổi lớn trong các protein cấu trúc duy trì hình dạng tế bào và cần thiết cho sự di chuyển của tế bào và cho vi khuẩn ăn. Sự thay đổi trong kiến trúc bên trong của tế bào, hay tế bào học, đã trở thành một trọng tâm của các nghiên cứu của chúng tôi.
Chúng tôi phát hiện ra rằng đồng hồ sinh học đại thực bào kiểm soát trực tiếp các thành phần của tế bào học. Chúng tôi đã thấy những thay đổi về số lượng các khối xây dựng protein tế bào, và cả trong hoạt động của một bộ điều chỉnh chính của sự thay đổi tế bào. Chất điều chỉnh tổng thể này là một protein gọi là RhoA.
RhoA được kích hoạt bởi sự tiếp xúc của vi khuẩn và thúc đẩy đại thực bào di chuyển và tiêu thụ vi khuẩn. Chúng tôi thấy rằng RhoA đã hoạt động trong các đại thực bào không đồng hồ ngay cả khi không có vi khuẩn. Khi vi khuẩn tiếp xúc với các đại thực bào bình thường, RhoA đã hoạt động, nhưng không có sự thay đổi nào nữa trong các đại thực bào không có đồng hồ, vì RhoA đã hoạt động. Vì vậy, các đại thực bào không đồng hồ luôn được bật, và do đó có thể đáp ứng với sự tấn công của vi khuẩn nhanh hơn.
Để tìm hiểu cách đồng hồ thay đổi hành vi của đại thực bào, chúng tôi đã chuyển sang cơ chế đồng hồ lõi. Điều này bao gồm một nhóm nhỏ protein thay đổi sự phong phú theo thời gian, do đó cho phép các tế bào cho biết thời gian. Chúng tôi thấy rằng một trong những yếu tố đồng hồ này, được gọi là BMAL1, là liên kết thiết yếu giữa đồng hồ và hành vi đại thực bào.
tác giả cung cấp
Giảm sự phụ thuộc vào kháng sinh
Một trong những vấn đề chính mà thế giới hiện đại phải đối mặt là sự kháng thuốc ngày càng tăng của vi khuẩn đối với kháng sinh. Không có nhóm kháng sinh mới trong 30 năm. Kháng vi khuẩn đối với kháng sinh có nghĩa là chúng ta bị nhiễm trùng không thể điều trị và đối mặt với một tương lai nơi phẫu thuật sẽ trở nên nguy hiểm hơn.
Tìm cách mới để tăng cường phòng thủ chống lại vi khuẩn là ưu tiên cao. Khám phá về một mạch nối đồng hồ với phòng thủ vi khuẩn mở ra một lộ trình mới để giảm sự phụ thuộc của chúng tôi vào phạm vi hạn chế của kháng sinh hiện có. Có thể tăng cường phòng thủ tự nhiên đối với nhiễm vi khuẩn bằng cách nhắm mục tiêu vào đồng hồ.
Hoạt động của đồng hồ sinh học có thể được thay đổi khi tiếp xúc với ánh sáng, bằng cách thay đổi thời gian bữa ăn, bởi sự biến đổi di truyền trong quần thể người và bởi các loại thuốc mới có khả năng điều chỉnh hệ thống này. Một vấn đề với việc nhắm mục tiêu đồng hồ với thuốc là tác động lên các hệ thống khác sẽ rộng và hậu quả khó dự đoán. Nhưng can thiệp ngắn hạn để tăng khả năng miễn dịch với nhiễm trùng có thể mang lại lợi ích, với chi phí thấp.
Tương tự như vậy, củng cố nhịp sinh học của những người có nguy cơ cao, ví dụ, trong bệnh viện, bằng cách kiểm soát ánh sáng và thời gian bữa ăn có thể tăng cường khả năng miễn dịch và ngăn ngừa nhiễm trùng bệnh viện.
Giới thiệu về Tác giả
David Ray, Giáo sư Nội tiết học, Đại học Oxford và Gareth Kitchen, Giảng viên lâm sàng học thuật và bác sĩ gây mê, Đại học Manchester
Bài viết này được tái bản từ Conversation theo giấy phép Creative Commons. Đọc ban đầu bài viết.
sách_health
