Znajdź zawartość

Bakterie wykorzystują swój wewnętrzny zegar biologiczny, by przygotować się na zmianę pór roku. Odkrycie, dokonane przez naukowców z John Innes Centre, może mieć olbrzymie znaczenie dla zrozumienia roli rytmu dobowego w dostosowywaniu się do zmian klimatu. Nie tylko u bakterii, ale u wielu innych organizmów. Naukowcy prowadzili swoje eksperymenty na cyjanobakteriach. Organizmy trzymano w stałej temperaturze, a za pomocą oświetlenia symulowano długość dnia i nocy. Część cyjanobakterii doświadczyła krótkich dni (8 godzin światła i 16 godzin ciemności), część była trzymana w warunkach takiej samej długości dnia i nocy, a na części symulowano długie dni i krótkie noce. Następnie szalki laboratoryjne włożono na 2 godziny do lodu, a po tym czasie zbadano, ile bakterii przeżyło niskie temperatury. Okazało się, że na tych szalkach, na których bakterie doświadczały krótkich dni i długich nocy, przeżywalność wyniosła 75%, czyli nawet 3-krotnie więcej niż na pozostałych szalkach. Co ciekawe, jeden symulowany krótki dzień nie wystarczył, by cyjanobakterie nabrały odporności na zimno. Potrzebnych było kilka takich dni, optymalnie 6–8, by mikroorganizmy zdążyły się odpowiednio przygotować. Naukowcy potwierdzili, że decydującą rolę odgrywa tutaj zegar biologiczny, gdyż po usunięciu genów odpowiedzialnych za jego działanie przeżywalność bakterii w lodzie była identyczna, bez względu na symulowaną długość długość dnia, jakiej zostały poddane. To pokazuje, że w naturze bakterie wykorzystują wewnętrzny zegar do mierzenia długości dnia i gdy liczba krótkich dni osiąga pewną wartość – jak ma to miejsce jesienią – bakterie przełączają się w inny stan fizjologiczny, oczekując nadejścia zimowych warunków, mówi główna autorka badań, doktor Luisa Jabbur. O istnieniu zegara biologicznego u bakterii wiedzieliśmy już wcześniej. Teraz przeprowadzono pierwsze badania dowodzące, że mikroorganizmy wykorzystują go do przygotowania się na zmiany pór roku. Odkrycie otwiera też nowe pola badawcze. Cyjanobakterie żyją bowiem 6–24 godzin. Powstaje więc pytanie, w jaki sposób tego typu organizm wyewoluował mechanizm przewidujący zmiany pór roku i jak z niego korzysta. Wygląda na to, że przekazują one kolejnym pokoleniom informacje, że dni stają się coraz krótsze i trzeba coś z tym zrobić, mówi Jabbur. Uczona wraz z zespołem prowadzi badania nad fotoperiodyzmem, czyli fizjologiczną reakcją organizmu na zmianę proporcji okresów ciemności i światła. Wykorzystuje szybko namnażające się cyjanobakterie w nadziei, że zdobyta w ten sposób wiedza przyda się do zrozumienia, jak fotoperiodyzm może ewoluować w obliczu zmian klimatu, szczególnie w odniesieniu do najważniejszych roślin uprawnych. Niezwykle istotnym elementem tych badań jest próba zrozumienia mechanizmów pamięci molekularnej, które pozwalają przekazywać istotne informacje pomiędzy pokoleniami. « powrót do artykułu

Badania na niewielkiej grupie ochotników po raz pierwszy przyniosły wyniki, które można uznać za odwrócenie działania zegara epigenetycznego. W ramach badań prowadzonych przez uczonych z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Los Angeles (UCLA) dziewięciu zdrowych ochotników przez rok przyjmowało koktajl złożony z trzech ogólnie dostępnych leków – hormonu wzrostu i dwóch leków przeciwcukrzycowych. Późniejsza analiza genomu wykazała, że średni wiek biologiczny uczestników badani zmniejszyl się o 2,5 roku. Oznaki odmłodzenia zauważono również w układzie odpornościowym badanych. Uzyskane wyniki zaskoczyły nawet samych badaczy. Spodziewałem się spowolnienia zegara biologicznego, ale nie odwrócenia jego działania. To coś przyszłościowego, mówi genetyk Steve Horvath, który prowadził analizę epigenetyczną. Autorzy badań ostrzegają jednak przed zbytnim entuzjazmem, gdyż były one prowadzone na małej próbie i nie było grupy kontrolnej. Być może uzyskano pozytywne wyniki. Jednak nie można ich uznać za bardzo solidne, gdyż grupa była mała i nie były to dobrze kontrolowane badania, zauważa biolog Wolfgang Wagner z Uniwersytetu w Aachen. Zegar epigenetyczny korzysta z epigenomu, czyli pełnego zestawu modyfikacji chemicznych DNA oraz białek histonów. Wzorce tych modyfikacji zmieniają się w czasie życia i podążają za wiekiem biologicznym danej osoby, który może być mniejszy lub większy niż jej wiek mierzony samym upływem czasu. Naukowcy odtwarzają zegar epigenetyczny wybierając z genomu miejsca metylacji DNA. W ciągu ostatnich lat Horvath, który jest pionierem badań zegara epigenetycznego, stworzył jedne z najbardziej precyzyjnych technik korzystania z tego zegara. Opisywane badania zorganizowano głównie po to, by sprawdzić, czy hormon wzrostu może być bezpiecznie stosowany w celu odtworzenia tkanki grasicy. Jest ona kluczowym narządem dla wydajnego działania układu odpornościowego. Wytwarzane w szpiku leukocyty dojrzewają wewnątrz grasicy, gdzie przekształcają się w wyspecjalizowane leukocyty T, zwalczające infekcje czy nowotwory. Jednak po okresie dojrzewania grasica zaczyna się kurczyć i jest coraz bardziej zapychana przez tłuszcz. Wcześniejsze badania na zwierzętach i ludziach sugerowały, że hormon wzrostu może stymulować regenerację grasicy. Problem jednak w tym, że hormon ten stymuluje również rozwój cukczycy. Dlatego też obok hormonu ochotnikom podawno dehydroepiandrosteron (DHEA) oraz metforminę. W badaniach Thymus Regeneration, Immunorestoration and Insulin Mitigation (TRIIM) prowadzonych przez immunologa Gergory'ego Fahy'ego wzięło udział 9 ochotników. Wszyscy to biali mężczyźni w wieku 51–65 lat. Fahy zainteresował się grasicą w latach 80., gdy dowiedział się o wynikach badań, w ramach których naukowcy wszczepili szczurom komórki wydzielające hormon wzrostu, a uzyskane wyniki sugerowały, że układ odpornościowy zwierząt uległ odmłodzeniu. Naukowca zdziwiło, że nikt nie podążył tym śladem i nie przeprowadził badań na ludziach. Zaczął więc badać grasicę. Mniej więcej 10 lat później, gdy miał 46 lat przez miesiąc aplikował sobie hormon wzrostu oraz DHEA i odkrył, że jego grasica nieco się zregenerowała. Podczas badań TRIIM uczeni sprawdzali u uczestników liczbę białych ciałek krwi. Stwierdzili, że uległa ona zwiększeniu do liczby typowej dla młodszej osoby. Ponadto na początku i na końcu badań wykonali obrazowanie grasicy za pomocą rezonansu magnetycznego. Zauważyli, że u 7 z 9 badanych zgromadzony w grasicy tłuszcz został zastąpiony przez zregenerowaną tkankę grasicy. Fahy wpadł wówczas na pomysł sprawdzenia zegara epigenetycznego badanych i poprosił o pomoc Horvatha. Ten zastosował cztery różne metody oceny wieku biologicznego każdego z pacjentów i za każdym razem odkrył jego znaczące obniżenie. To oznacza duży wpływ biologiczny zastosowanej terapii, mówi Horvath. Co więcej, efekt odmłodzenia nadal utrzymywał się u sześciu osób, które pół roku po zakończeniu testu oddały krew do ponownego przebadania. "Jako, że zmiany te zauważyliśmy u każdego z badanych i są one bardzo wyraźne, jestem optymistycznie nastawiony do uzyskanych wyników", mówi Horvath. Naukowcy planują teraz przeprowadzenie szerzej zakrojonych badań, do których chcą zaangażować osoby w różnym wieku, z różnych grup etnicznych oraz obu płci. Jak zauważa Horvath, metody regeneracji grasicy mogą być niezwykle użyteczne dla osób o upośledzonym układzie odpornościowym, w tym dla osób starszych. Infekcje są bowiem jedną z najważniejszych przyczyn zgonów osób po 70. roku życia. Z uzyskanych wyników cieszy się też Sam Palmer, specjalista od immunologii onkologicznej. Zauważa on, że poprawienie funkcjonowania układu odpornościowego będzie miało istotny wpływ na leczenie nie tylko infekcji, ale również nowotworów oraz chorób związanych ze starzeniem się. « powrót do artykułu

Pojawiła się nadzieja na opracowanie leku, który powstrzyma wzrost komórek raka poprzez zaburzenie ich zegara biologicznego. Naukowcy z USC Michelson Center for Convergent Bioscience oraz Uniwersytetu w Nagoi pracują nad skierowaniem rytmu biologicznego organizmu przeciwko nowotworowi. Swoje badania prowadzili na ludzkim raku nerki oraz na myszach z ostrą białaczką szpikową. Nie od dzisiaj wiadomo, że zaburzenie snu i innych elementów rytmu dobowego jest niezdrowe. To samo jest prawdziwe w przypadku komórek. Stąd też uczeni zaczęli spekulować, że jeśli zaburzą rytm dobowy komórek raka, to mogą im zaszkodzić, a nawet je zabić. Uczeni odkryli, że molekuła GO289 bierze na cel enzym, który kontroluje rytm dobowy. Interakcja pomiędzy lekiem a proteiną zaburza funkcje czterech kolejnych protein, które są bardzo ważne dla wzrostu i przetrwania komórek nowotworowych. W ten sposób GO289 spowalnia zegar biologiczny komórek nowotworowych i, co ważne, ma niewielki wpływ na zdrowe komórki. Niektóre nowotwory przejmują kontrolę nad zegarem biologicznym i wykorzystują go, by wspomóc swój rozwój. Dzięki GO289 możemy zaburzyć ten proces i powstrzymać nowotworów przed wzrostem, mówi profesor Steve Kay z USC Michelson Center. Wstępne badania wykazały, że GO289 spowalnia rytm dobowy komórek raka kości biorąc na cel enzym CK2. Naukowcy, chcąc potwierdzić te spostrzeżenia, przeprowadzili testy na komórkach raka nerki i na myszy z ostrą białaczką szpikową. Potwierdziły one wstępne spostrzeżenia. GO289 zmieniła metabolizm i inne funkcje komórek nowotworowych powiązane z rytmem dobowym. To może być nowa broń w walce z rakiem, cieszy się profesor Kay. « powrót do artykułu

Naukowcy z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Irvine prześledzili wpływ postu na zegary biologiczne wątroby i mięśni szkieletowych. Na dłuższą metę zachodzące zmiany metaboliczne sprzyjają poprawie zdrowia i zapewniają ochronę przed chorobami związanymi ze starzeniem. Odkryliśmy, że poszczenie wpływa na zegary biologiczne oraz indukowane głodówką reakcje komórkowe, co łącznie prowadzi do osiągnięcia specyficznej dla postu czasowej regulacji genów. Mięśnie szkieletowe wydają się 2-krotnie bardziej responsywne na post niż wątroba - opowiada prof. Paolo Sassone-Corsi. Amerykanie poddawali myszy dobowym postom. Podczas głodówki spadały pobór tlenu (VO2), współczynnik wymiany gazowej (ang. respiratory exchange ratio, RER), a także wydatkowanie energii. Zjawiska to zanikały po nakarmieniu (podobne rezultaty obserwowano u ludzi). Autorzy artykułu z pisma Cell Reports stwierdzili, że transkrypcyjna reakcja na głodówkę zachodzi za pośrednictwem innych mechanizmów molekularnych niż w przypadku konsumpcji w oknie ograniczonym czasowo (ang. time-restricted feeding, TRF). Post wpływa na geny rdzenia zegara i kodowane przez nie białka. Osłabieniu ulega rytmiczna ekspresja BMAL1 i REV-ERBα w wątrobie i mięśniach szkieletowych. Wrażliwe na post czynniki transkrypcyjne, takie jak GR, CREB, FOXO, TFEB i PPARs, prowadzą do zmian metabolicznych w różnych tkankach. Rytmiczną reakcję na głodówkę przejawia znacząca liczba genów. Jest ona tkankowo specyficzna; podczas eksperymentu mięśnie szkieletowe zyskały np. niemal 2-krotnie więcej nowych oscylujących genów niż wątroba. Godne uwagi jest to, że rytmiczna reakcja transkrypcyjna wydaje się podtrzymywana przez wydłużoną głodówkę i zanika po jedzeniu. « powrót do artykułu

Coraz częściej dowiadujemy się o kolejnych, niezwykle ważnych dla naszego życia funkcjach, jakie spełnia mikrobiom. Niewiele jednak wiadomo, jak zmienia się on w czasie. Grupa naukowców badających mikrobiom tysięcy ludzi z całego świata zauważyła, że jest on zadziwiająco dokładnym zegarem biologicznym. Na tyle dokładnym, że badając go można z dużą dokładnością przewidzieć wiek człowieka, od którego pobrano próbki. Alex Zhavoronkov i jego koledzy z InSilico Medicine w stanie Maryland przeanalizowali ponad 3600 próbek mikrobiomu pobranych od 1165 zdrowych osób na całym świecie. Około 30% tych próbek pochodziło od osób w wieku 20–39 lat, kolejnych około 30% było próbkami pobranymi od osób w wieku 40–59 lat, a pozostała część została pobrana od osób liczących sobie 60–90 lat. Do analizy danych wykorzystano system maszynowego uczenia się. Najpierw trenowano go na 95 różnych gatunkach bakterii pobranych z 90% próbek. Algorytm otrzymał też informację o wieku osób, od których pobrano próbki. Następnie dano mu do przeanalizowania pozostałe 10% próbek i poproszono o określenie wieku osób, od których je pobrano. Dokładność przewidywania wieku na podstawie mikrobiomu wynosiła ± 4 lata. Okazało się, że najważniejsze do przewidzenia wieku było 39 gatunków bakterii. Zhavoronko i jego zespół odkryli, że w miarę jak się starzejemy zwiększa się ilość niektórych mikroorganizmy, np. Eubacterium hallii, która prawdopodobnie odgrywa ważną rolę w metabolizmie. Ubywa zaś innych bakterii, jak na przykład Bacteroides vulgatus, która jest łączona z wrzodziejącym zapaleniem jelita grubego. Współautor badań, Vadim Gladyshev z Uniwersytetu Harvarda uważa, że przyczyną tych zmian mogą być zmiany diety, wzorców snu i czuwania oraz aktywności fizycznej. Zdaniem naukowców mikrobiom jelitowy może zostać wykorzystany do badania tempa starzenia się jelit oraz do sprawdzenia, czy takie czynniki jak używanie alkoholu, antybiotyków, probiotyków czy dieta mają wpływ na ich długowieczność. Można też będzie porównywać pod tym kątem osoby zdrowe z osobami cierpiącymi np. na chorobę Alzheimera. Jeśli wyniki badań zespołu Zhavoronki zostaną pozytywnie zweryfikowane, to wiek określany przez mikrobiom można będzie wykorzystywać wspólnie z innymi biologicznymi markerami wieku, jak np. z długością telomerów, i w ten sposób określać rzeczywisty wiek biologiczny oraz stan zdrowia ludzi. Pomoże to też w lepszej ocenie tego, czy różne czynniki, w tym leki czy operacje chirurgiczne, wpływają na proces starzenia się. Prace Zhavaronki chwali Robin Knight, dyrektor Center for Microbiome Inovation na Uniwersytecie Kalifornijskim w San Diego. Wraz z zespołem analizuje on właśnie 15 000 próbek zebranych w ramach American Gut Project, którego celem jest stworzenie podobnej technologii określania wieku. « powrót do artykułu

Wreszcie wiadomo, czemu kule gałęzatki kulistej (Aegagropila linnaei) w dzień unoszą się przy powierzchni wody, a w nocy toną. Glon występuje w jeziorach półkuli północnej, szczególnie w Japonii i na Islandii. W Kraju Kwitnącej Wiśni pełni tak ważną rolę kulturową, że jest gatunkiem chronionym. A. linnaei cieszy się dużą popularnością także wśród właścicieli akwariów. Niestety, przyczyniło się to do znaczącego spadku ich liczebności. Ostatnio naukowcy z Uniwersytetu Bristolskiego wykazali, że za unoszenie się i zatapianie kul glonu odpowiada fotosynteza i rytmy okołodobowe. Gdy gałęzatki fotosyntetyzują, pokrywają je drobne bąble tlenu, co wg przewidywań naukowców, miało stanowić przyczynę ich pływalności. By przetestować swoją hipotezę, zastosowali oni związek hamujący fotosyntezę. Bąble się nie tworzyły i kolonie nie unosiły się w wodzie. Później biolodzy zaczęli się zastanawiać, czy fotosyntetyzująca powierzchnia kuli dysponuje zegarem biologicznym. Kule trzymano więc przez parę dni w przyciemnionym pomieszczeniu. Okazało się, że jeśli potem kule wystawiono na oddziaływanie jaskrawego światła w czasie, który odpowiadał początkowi dnia, zaczynały się unosić o wiele szybciej niż wtedy, gdy oświetlano je w połowie dnia. Wg autorów publikacji z Current Biology, oznacza to, że pływalność glonów jest kontrolowana przez zegar biologiczny. Niestety, gałęzatki są zagrożone i występują tylko w połowie jezior, w których kiedyś można je było spotkać. To może być spowodowane zmianami w penetracji światła, wywołanymi przez zanieczyszczenie. Mamy nadzieję, że gdy będziemy rozumieli reakcje na wskazówki środowiskowe oraz sposób kontrolowania unoszenia się na wodzie przez zegar biologiczny, pomożemy w ochronie gałęzatek i ich reintrodukcji - podkreśla główna autorka studium, doktorantka Dora Cano-Ramirez. W 1897 r. botanik Takuya Kawakami z College'u Rolniczego Sapporo (dziś jest to Uniwersytet Hokkaido) wypatrzył skupiska glonów w jeziorze Akan i ochrzcił je "marimo" (毬藻). Z kolei Islandczycy nazywają gałęzatkę "Kúluskítur". A. linnaei to łacińska nazwa, przypisana w 1753 r. przez Linneusza próbkom zebranym w jeziorze Dannemora w Szwecji. W 1921 r. marimo z jeziora Akan zostały uznane za pomnik przyrody, a w 1952 r. za specjalny skarb narodowy. Zapoczątkowało to wysiłki na rzecz ochrony tego tajemniczego (ze względu na słabo poznaną fizjologię i ekologię) gatunku. Jezioro Akan jest unikatowe z kilku względów. Specjaliści wymieniają m.in. kształt jego basenu, płytkie zatoczki i skład wody. Dzięki temu marimo tak dobrze tu rosną. Niektóre kolonie mają średnicę powyżej 30 cm. « powrót do artykułu