Аарон Амат / Shutterstock

Вся жизнь на Земле эволюционировала, чтобы справиться с вращающейся планетой, что приводит к предсказуемому переходу между днем ​​и ночью. Детали различаются между растениями, грибами, бактериями и животными, но непротиворечивой особенностью являются биологические «часы», которые позволяют организму предвидеть изменения и готовиться к ним.

У животных центральные часы, которые следят за днем ​​и ночью, находятся в мозге, где он получает свет от сетчатки, чтобы синхронизироваться со светом или тьмой. Но все клетки в организме имеют свои собственные часы. Поскольку эти биологические часы имеют цикл, близкий к 24 часам, их называют циркадными («около», что означает «около», и «диан», что означает «день», от латинского «умирает»).

Теперь мы живем с дешевым, ярким, искусственным светом, сменной работой, лишением сна и сменой часовых поясов - все это основные проблемы древних циркадных механизмов контроля в нашем теле. Все эти проблемы циркадного и сна связано с болезнью, Но в нашем последнее исследованиеИспользуя мышей, мы обнаружили, что инфекции в разное время суток вызывают разную степень тяжести заболевания.

Удивительно, но мы обнаружили, что часы, тикающие в клетках иммунной системы, были ответственны за изменение реакции на бактериальную инфекцию. В частности, специализированные клетки называются макрофагами, которые являются большими клетками, которые поглощают и убивают бактерии.

Впечатление художника о макрофаге (синий), поглощающем туберкулезные бактерии (красный). Катерина Кон / Shutterstock

Макрофаги, растущие в чашке или у мышей, реагировали по-разному в разное время дня. А отключение часов в этих клетках привело к появлению супер макрофагов, которые двигались быстрее и съели больше бактерий, чем нормальные макрофаги.

Мы обнаружили, что макрофаги «без часов» защищают мышей от бактериальной инфекции многими видами бактерий. Более пристальный взгляд на макрофаги показал, что клетки выглядят по-разному, с серьезными изменениями в структурных белках, которые поддерживают форму клеток и необходимы для движения клеток и для поедания бактерий. Изменение внутренней архитектуры клетки, или цитоскелета, стало предметом наших исследований.

Мы обнаружили, что циркадные часы макрофагов напрямую контролируют компоненты цитоскелета. Мы наблюдали изменения в количестве строительных блоков цитоскелета, а также в активности главного регулятора изменения цитоскелета. Этот главный регулятор представляет собой белок под названием RhoA.

RhoA активируется бактериальным контактом и заставляет макрофаги перемещаться и поглощать бактерии. Мы обнаружили, что RhoA был активен в макрофагах без часов, даже когда бактерий не было. Когда бактерии связывались с нормальными макрофагами, RhoA становился активным, но дальнейших изменений в макрофагах без часов не было, так как RhoA уже был активен. Таким образом, всегда были включены макрофаги без часов, и поэтому они могли быстрее реагировать на бактериальную атаку.

Чтобы узнать, как часы меняют поведение макрофагов, мы обратились к основному механизму часов. Это включает в себя небольшую группу белков, которые со временем меняются в изобилии, поэтому клетки могут определять время. Мы обнаружили, что один из этих факторов часов, названный BMAL1, был важной связью между часами и поведением макрофагов.

Автор условии

Снижение зависимости от антибиотиков

Одной из основных проблем, стоящих перед современным миром, является растущая устойчивость бактерий к антибиотикам. В течение 30 лет не было новых классов антибиотиков. Бактериальная резистентность к антибиотикам означает, что у нас неизлечимые инфекции, и нас ждет будущее, в котором операция станет более рискованной.

Поиск новых способов усиления защиты от бактерий является первоочередной задачей. Открытие цепи, связывающей часы с защитой от бактерий, открывает новый путь, чтобы уменьшить нашу зависимость от ограниченного диапазона существующих антибиотиков. Может быть возможно усилить естественную защиту от бактериальной инфекции, ориентируясь на часы.

Функционирование циркадных часов может быть изменено в результате воздействия света, изменения времени приема пищи, генетической изменчивости в человеческих популяциях и новых лекарств, способных регулировать эту систему. Одна из проблем, связанных с нацеливанием часов на наркотики, заключается в том, что воздействие на другие системы будет широким, а последствия трудно прогнозируемыми. Но краткосрочное вмешательство для повышения иммунитета к инфекции может принести пользу при низких затратах.

Аналогичным образом, усиление циркадного ритма людей с высоким риском, например, в больницах, путем контроля освещения и времени приема пищи может повысить иммунитет и предотвратить внутрибольничные инфекции.

Об авторе

Дэвид Рэй, профессор эндокринологии, Оксфордский университет и Гарет Китчен, академический клинический лектор и анестезиолог, Университет Манчестера

Эта статья переиздана из Беседа под лицензией Creative Commons. Прочтите оригинал статьи.

books_health