Znajdź zawartość

Liczne badania prowadzone w ostatnich dekadach potwierdzają, że wiele czynności, takich jak transkontynentalne podróże samolotem, mogą zaburzać działanie zegara biologicznego. O skutecznych metodach przywracania jego działania (oczywiście, mowa tu o sposobach innych niż po prostu czekanie) wiadomo jednak niewiele. Jak się jednak okazuje, przynajmniej niektóre cykle biologiczne organizmów ssaków można z łatwością regulować za pomocą... odpowiedniego odżywiania. Choć terminu "zegar biologiczny" używa się zwykle w liczbie pojedynczej, organizmy ssaków operują co najmniej kilkoma cyklami dobowymi. Jednym z nich, zawiadującym procesami pozyskiwania energii z różnych źródeł, zajął się magistrant Christopher Vollmers z Salk Institute. Młody naukowiec porównywał ze sobą dwie odmiany myszy: jedną z prawidłowo działającym głównym zegarem biologicznym, sterowanym przez mózg, oraz drugą, u której ten system nie działał prawidłowo. Celem eksperymentu było sprawdzenie, czy u zwierząt, których organizmy nie odróżniały poprawnie dnia od nocy, można wyregulować jeden z podrzędnych zegarów biologicznych, zarządzający syntezą enzymów odpowiedzialnych za rozkład tłuszczów (białka te są syntetyzowane głównie podczas postu) oraz cukrów (te z kolei wytwarzane są wtedy, gdy organizm ma dostęp do pokarmu). Jak się okazało, ustalenie regularnego cyklu dobowego składającego się z 8 godzin dostępu do pokarmu oraz 16 godzin postu pozwoliło u zwierząt z obu grup na niemal idealne wyregulowanie zegara biologicznego odpowiedzialnego za pozyskiwanie energii z pokarmów lub zapasów tłuszczu. Wszystko wskazuje na to, że po pewnym czasie organizmy myszy zaczęły oczekiwać zbliżającego się posiłku i z nieznacznym wyprzedzeniem aktywowały geny odpowiedzialne za rozkład cukrów. Kiedy zaś zbliżał się okres bez dotępu do pokarmu, wzrastał poziom enzymów odpowiedzialnych za rozkład tłuszczów - podstawowego rezerwuaru energii w czasie głodówki. Co ważne, zmiany aktywności badanych genów zachodziły w sposób cykliczny nawet u zwierząt z upośledzeniem naczelnego zegara biologicznego. Oznacza to, że dobowy cykl wykorzystywania energii działa w dużym stopniu niezależnie od mózgu i jednocześnie jest on zależny od diety. Badania przeprowadzone w Salk Institute są ważne nie tylko ze względów czysto poznawczych. Pokazują one także, jak ważne jest regularne odżywianie się i jak silnie może ono wpłynąć na optymalne wykorzystywanie energii przez organizm. Odkrycie dokonane przez Christophera Vollmersa jest więc ważną wskazówką na drodze do zrozumienia związku pomiędzy nieregularnym przyjmowaniem posiłków oraz nadwagą i otyłością.

Zarzucenie zwyczaju regularnego nocnego podjadania może być trudne. I to nie tylko ze względu na stopień zakorzenienia nawyku, ale również dlatego, że wywołał on genetyczne zmiany w mózgu, które sprawiają, iż o określonej porze czekamy na jedzenie. Poprzez trenowanie myszy, by jadły o porach, w których normalnie tego nie robiły, badacze z UT Southwestern Medical Center odkryli, że pokarm włącza geny zegarów biologicznych w określonych regionach mózgu. Nawet kiedy przestawano karmić gryzonie, geny dalej aktywowały się w porze oczekiwanego posiłku. To może być początek procesu wyjaśniania, jak warunki metaboliczne mogą się zsynchronizować z zegarem biologicznym — mówi dr Masashi Yanagisawa, współautor badania (szczegółowe wyniki opublikowano w datowanym na 8 sierpnia wydaniu Proceedings of the National Academy of Sciences). Czuwanie, sen, jedzenie i inne procesy fizjologiczne są regulowane przez wiele czynników zewnętrznych oraz wewnętrznych. Mają one rytm dobowy, czyli 24-godzinny. Jedną z klas genów zaangażowanych w opisywany cykl są tzw. geny Per (od angielskiego period, a więc okres). Gdy pożywienia jest pod dostatkiem, czynnikiem najsilniej oddziałującym na odżywianie jest światło, regulujące m.in. rytm snu i czuwania. Wpływa ono na część mózgu zwaną jądrem nadskrzyżowaniowym (SCN, suprachiasmatic nuclei). Ponieważ jednak zniszczenie SCN nie wpływa na zegar biologiczny, który reguluje zachowania związane z jedzeniem, dobowy "kontroler" odżywiania musi się znajdować gdzie indziej — uznaje Yanagisawa. Podczas eksperymentu naukowcy ustalili harmonogram regularnego karmienia. Potem zbadali tkankę mózgu, by sprawdzić, w jakim jego rejonie geny Per zsynchronizowały się z porami karmienia. Badacze podzielili dzień na 12-godzinną porę jasną (odpowiednik dnia) i 12-godzinną porę ciemną (odpowiednik nocy). Karmienie odbywało się w połowie pory jasnej (przez cztery godziny). Ponieważ myszy normalnie jedzą w nocy, taki schemat karmienia jest podobny do ludzkiego jedzenia o niewłaściwych porach. W przypadku naszego gatunku dysfunkcjonalne nawyki żywieniowe w znacznym stopniu przyczyniają się do otyłości. U otyłych osób szczególnie często spotyka się pojadanie w nocy, zauważają naukowcy. Karmione w opisany wyżej sposób myszy szybko się do tego przyzwyczaiły i zaczynały szukać jedzenia na 2 godziny przed porą posiłku. Odeszły także od swoich normalnych dziennych/nocnych zachowań, ignorując naturalne wskazówki, że dzień jest porą snu. Po kilku dniach badacze odkryli, że dobowy cykl aktywacji genów Per w jądrach nadskrzyżowaniowych nie uległ zmianie wskutek wprowadzonego harmonogramu odżywiania. Jednak w innych obszarach mózgu, zwłaszcza w jądrze grzbietowo-przyśrodkowym podwzgórza (ang. dorsomedial hypothalamic nucleus, DMH), po tygodniu aktywność genów Per dostosowała się do pór karmienia. Kiedy myszy nie jadły przez dwa dni, geny nadal uaktywniały się o stałej porze, a zwierzęta na kilka godzin przed oczekiwanym posiłkiem przejawiały zachowania antycypacyjne ("przewidujące"). Gdzieś w ciele zapamiętały one dokładnie tę porę dnia — podsumowuje dr Yanagisawa.