Aaron Amat / Shutterstock

Semua kehidupan di Bumi telah berkembang untuk mengatasi planet berputar yang menghasilkan peralihan yang dapat diramal antara siang dan malam. Butirannya berbeza antara tumbuhan, kulat, bakteria dan haiwan, tetapi ciri yang konsisten adalah "jam" biologi yang membolehkan organisma untuk menjangka perubahan dan mempersiapkannya.

Pada haiwan, jam tengah yang menjejaki malam dan siang berada di otak di mana ia menerima cahaya dari retina untuk terus disegerakkan dengan cahaya atau gelap. Tetapi semua sel dalam badan mempunyai jam sendiri. Oleh kerana jam biologi ini mempunyai kitaran yang hampir 24 jam, mereka dinamakan circadian ("circa" yang bermaksud "kira" dan dian, yang bermaksud hari, dari bahasa Latin "mati").

Kami kini hidup dengan cahaya yang murah, terang, buatan, kerja peralihan, kekurangan tidur dan jet-lag - semua cabaran utama kepada mekanisme kawalan sirkadian purba dalam badan kita. Semua cabaran circadian dan tidur ini adalah dikaitkan dengan penyakit. Tetapi dalam kita kajian terbaru, menggunakan tikus, kami mendapati bahawa jangkitan pada masa yang berlainan hari menyebabkan keparahan penyakit yang berbeza.

Yang menghairankan, kami mendapati bahawa jam yang berdetik dalam sel-sel sistem imun bertanggungjawab terhadap perubahan sebagai tindak balas terhadap jangkitan bakteria. Khususnya, sel-sel khusus dipanggil makrofag, yang merupakan sel-sel besar yang menelan dan membunuh bakteria.

Kesan seorang artis terhadap makrofag (biru) menular bakteria tuberkulosis (merah). Kateryna Kon / Shutterstock

Macrophages, sama ada yang tumbuh dalam hidangan atau dalam tetikus, bertindak balas berbeza pada waktu yang berbeza pada hari itu. Dan melumpuhkan jam dalam sel-sel ini menghasilkan makrofag super, yang bergerak pantas dan makan lebih banyak bakteria daripada makrofag biasa.

Kami mendapati bahawa makrofag "tanpa jam" dilindungi tikus daripada jangkitan bakteria dengan banyak jenis bakteria. Melihat lebih dekat pada makrofaj menunjukkan bahawa sel-sel kelihatan berbeza, dengan perubahan besar dalam struktur protein yang mengekalkan bentuk sel dan diperlukan untuk pergerakan sel dan untuk memakan bakteria. Perubahan seni bina dalaman sel, atau sitoskeleton, menjadi tumpuan pengajian kami.

Kami mendapati bahawa jam circadian macrophage secara langsung mengawal komponen sitoskeleton. Kami melihat perubahan dalam jumlah blok bangunan protein sitoskeletal, dan juga dalam aktiviti pengatur induk perubahan sitoskeletal. Pengawal induk ini adalah protein yang disebut RhoA.

RhoA diaktifkan oleh hubungan bakteria dan memacu makrofag untuk bergerak dan mengambil bakteria. Kami mendapati bahawa RhoA aktif dalam makrofag tanpa jam walaupun tiada bakteria hadir. Apabila bakteria menghubungi makrofag biasa RhoA menjadi aktif, tetapi tidak ada lagi perubahan pada makrofag tanpa jam, kerana RhoA sudah aktif. Oleh itu, makrofag tanpa had sentiasa dihidupkan, dan dapat bertindak balas terhadap serangan bakteria dengan lebih cepat.

Untuk mengetahui bagaimana jam berubah tingkah laku makrofaj, kita berpaling kepada mekanisme jam teras. Ini terdiri daripada sekumpulan kecil protein yang berubah dengan berlimpah dari masa ke masa, jadi membenarkan sel-sel untuk memberitahu masa. Kami mendapati bahawa salah satu faktor jam, yang dipanggil BMAL1, adalah hubungan penting antara jam dan tingkah makrofaj.

Pengarang disediakan

Mengurangkan pergantungan terhadap antibiotik

Salah satu isu utama yang dihadapi dunia moden adalah penentangan terhadap bakteria terhadap antibiotik. Tiada kelas antibiotik baru selama 30 tahun. Rintangan bakteria terhadap antibiotik bermaksud bahawa kita mempunyai jangkitan yang tidak dapat dirawat dan menghadapi masa depan di mana pembedahan akan menjadi lebih berisiko.

Mencari cara baru untuk meningkatkan pertahanan terhadap bakteria adalah keutamaan yang tinggi. Penemuan litar yang menghubungkan jam ke pertahanan bakteria membuka laluan baru untuk mengurangkan pergantungan kita terhadap jangkauan terhad antibiotik sedia ada. Mungkin mungkin untuk meningkatkan pertahanan semula jadi terhadap jangkitan bakteria dengan menyasarkan jam.

Operasi jam sirkadian boleh diubah oleh pendedahan cahaya, dengan mengubah masa makan, oleh kebolehubahan genetik dalam populasi manusia dan oleh ubat baru yang mampu mengawal sistem ini. Satu masalah dengan mensasarkan jam dengan ubat adalah bahawa kesan ke atas sistem lain akan menjadi luas dan akibatnya sukar untuk diramal. Tetapi campur tangan jangka pendek untuk meningkatkan imuniti terhadap jangkitan mungkin menawarkan faedah, dengan kos yang rendah.

Begitu juga, memperkukuhkan irama circadian orang berisiko tinggi, di hospital contohnya, dengan mengawal pencahayaan dan waktu makan boleh meningkatkan imuniti dan mencegah jangkitan yang diperoleh hospital.

Tentang Pengarang

David Ray, Profesor Endokrinologi, Universiti Oxford dan Gareth Kitchen, Pensyarah Klinik Akademik dan Anestetik, University of Manchester

Artikel ini diterbitkan semula daripada Perbualan di bawah lesen Creative Commons. Membaca artikel asal.

books_health