Обнаружены древние биологические часы, синхронизирующие все живые организмы

Учёные идентифицировали механизм, управляющий внутренними 24-часовыми (циркадными) ритмами всех форм жизни — от клеток человека до водорослей.

Исследование не только даёт важное представление о проблемах со здоровьем, связанных с нарушением этих ритмов (например, у пилотов и работников сменного графика), но и показывает, что 24-часовые циркадные часы в клетках человека идентичны часам водорослей и восходят к первым формам жизни на Земле миллионы лет назад.

Два новых исследования, опубликованные сегодня в журнале Nature учёными из Кембриджского и Эдинбургского университетов, раскрывают детали работы циркадных часов, которые контролируют суточные и сезонные циклы активности — от циклов сна до миграций бабочек и раскрытия цветов.

В одном исследовании, проведённом в Институте метаболической науки Кембриджского университета, впервые были обнаружены 24-часовые ритмы в красных кровяных тельцах (эритроцитах). Это значимо, поскольку всегда предполагалось, что циркадные ритмы связаны с активностью ДНК и генов, но, в отличие от большинства других клеток организма, эритроциты не имеют ДНК.

Ахилеш Редди из Кембриджского университета, ведущий автор исследования, заявил: "Мы знаем, что часы существуют во всех наших клетках; они встроены в клетку. Представьте, какими бы мы были без часов, направляющих нас в течение дня. Клетка была бы в таком же положении, если бы у неё не было часов для координации своей ежедневной деятельности".

"Последствия этого для здоровья многообразны. Мы уже знаем, что нарушенные ритмы — например, из-за сменной работы и смены часовых поясов — связаны с метаболическими нарушениями, такими как диабет, проблемами психического здоровья и даже раком. Углубляя наши знания о том, как работают 24-часовые часы в клетках, мы надеемся, что связи с этими и другими расстройствами станут яснее. В долгосрочной перспективе это приведёт к новым методам терапии, о которых мы не могли даже подумать пару лет назад".

Для исследования учёные, финансируемые Wellcome Trust, инкубировали очищенные эритроциты здоровых добровольцев в темноте при температуре тела и отбирали пробы через регулярные промежутки времени в течение нескольких дней. Они измерили уровни биохимических маркеров — белков пероксиредоксинов, которые вырабатываются в крови в больших количествах, — и обнаружили, что они проходят 24-часовой цикл. Пероксиредоксины обнаружены практически у всех известных организмов.

Другое исследование, проведённое совместно учёными из Эдинбургского и Кембриджского университетов, а также из Океанологической обсерватории в Банюльсе (Франция), выявило аналогичный 24-часовой цикл у морских водорослей. Это указывает на то, что внутренние биологические часы всегда были важны, даже для древних форм жизни.

Исследователи обнаружили эти ритмы, отбирая пробы пероксиредоксинов у водорослей через регулярные промежутки времени в течение нескольких дней. Когда водоросли содержались в темноте, их ДНК была неактивна, но циркадные часы водорослей продолжали "тикать" без активных генов. Учёные ранее полагали, что циркадные часы управляются активностью генов, но и водоросли, и эритроциты сохраняли отсчёт времени без неё.

Эндрю Миллар из Школы биологических наук Эдинбургского университета, руководивший исследованием, сказал: "Это новаторское исследование показывает, что биологические часы — это древние механизмы, которые сохранились у нас в течение миллиарда лет эволюции. Они должны быть гораздо важнее и сложнее, чем мы предполагали ранее. Необходима дальнейшая работа, чтобы определить, как и почему эти часы развились у людей — и, скорее всего, у всех других живых существ на Земле — и какую роль они играют в управлении нашими телами".