قررت اليوم جمعية نوبل في معهد (كارولينسكا- Karolinska) منح جائزة نوبل في الفيزيولوجيا والطّب لعام 2017 لـ (جفري هول- Jeffrey C. Hall) و (مايكل روزسباش- Michael Rosbash) و (مايكل يانغ- Michael W. Young) معًا، لاكتشافهم الآليّات الجزيئيّة التي تتحكم بإيقاع الساعة البيولوجية.
لمحة عامة:
تكيّفت الحياة على كوكب الأرض مع دوران هذا الكوكب وكنا قد علمنا لسنوات عديدة أن الكائنات الحيّة ومن ضمنها الإنسان تمتلك ساعة بيولوجية داخلية تساعدها في التكيّف مع الإيقاع المنتظم لليوم ولكن كيف تعمل هذه الساعة ؟
تمكن الباحثون الثلاثة الحائزين على جائزة نوبل من إلقاء نظرة عميقة على هذه الساعة البيولوجية وشرحوا من خلال اكتشافاتهم كيف يمكن للنبات والإنسان والحيوان أن تضبط إيقاعها البيولوجي بحيث يتناغم مع تحركات الأرض.
قام الباحثون بعزل المورثة التي تتحكم بالإيقاع البيولوجي اليومي من ذبابة الفاكهة وأظهروا أن هذه المورثة هي المسؤولة عن تصنيع بروتين يتراكم في الخلية أثناء الليل ويتحطم خلال النهار، وقد حددوا في وقتٍ لاحق مكونات بروتينية إضافية لها دور في عمل الساعة البيولوجية واكتشاف الآليات التي تحكُم عملية التوقيت الذاتي داخل الخلية، بالإضافة إلى أن الساعة البيولوجية تعمل بنفس المبدأ عند كل الكائنات متعددة الخلية بما فيها الإنسان.
وبهذه الدّقة الرّائعة تقوم الساعة الدّاخلية لدينا بتنظيم العمليات الفيزيولوجية بما يتناسب مع فترات اليوم المختلفة مثل السلوك، ومستوى الهرمونات، والنوم، ودرجة حرارة الجسم، والاستقلاب، وتتأثّر عند حدوث عدم تطابق بين البيئة الخارجية والساعة البيولوجية الداخلية مثلًا: عند الانتقال بين مناطق مختلفة زمنيًّا وتجربة اختلاف التوقيت وهناك أيضًا مؤشرًا على أنّ عدم التوافق بين أنظمة حياتنا وساعتنا البيولوجيّة الداخليّة متعلقٌ بزيادة مخاطر أمراض متعدّدة.
السّاعة البيولوجية الداخلية لدينا: https://l.facebook.com/l.php?u=http%3A%2F%2F172.104.145.106%3A8080%2Fibelieveinsci.com%2F%3Fp%3D37575&h=ATNXF19elLAG7sQL-05dyJnivc-Kpy0zv2ysT4FfgNyJscbKFGREFOBC2FO-kseZijUqOgtT
معظم الكائنات الحيّة قادرة على التكيّف مع التغيرات اليومية التي تطرأ في البيئة المحيطة بها وخلال القرن الثامن عشر قام عالم الفلك Jacques d’Ortous de Mairan بدراسة النباتات الميموزية فوجد أن الأوراق تتفتّح تحت ضوء الشمس في النهار وتغلق مع بداية الليل، و عندما وضعها في الظلام لفترةٍ متواصلة فوجد أنّه ومع غياب أشعة الشمس اليومية استمرت بعمليات الفتح والإغلاق التي تقوم بها يوميًّا،وتبيّن أنّ لهذه النباتات ساعاتها البيولوجية الخاصه بها.
ماهي المورثة المسؤولة عن الساعة البيولوجية ؟
خلال فترة السبعينات تساءل العالم (سيمور بنزار- Seymour Benzer) و (رونالد كونوبكا- Ronald Konopka) عمّا إذا كان من الممكن تحديد المورثات التي تتحكم بإيقاع الساعة البيولوجية عند الذبابة وقاموا بتسمية هذة المورثة بـ period ولكن كيف يمكن لهذه المورثة أن تؤثر على إيقاع الساعة البيولوجية؟
كان الفائزون الذين نالوا الجائزة لهذا العام قد درسوا أيضًا ذبابة الفاكهة بهدف معرفة كيفية عمل هذه الساعة في عام 1998 نجح جيفري هول ومايكل روسباش الذي يعمل بتعاون وثيق مع جامعة في بوسطن ومايكل يونغ في جامعة في نيويورك بعزل المورثة period ومن ثمّ اكتشفا أن البروتين PER المصنع بإشراف المورثة period يتراكم خلال اللّيل ويتناقص خلال النهار وأن مستويات هذا البروتين تتأجح على مدار 24 ساعة بالتزامن مع إيقاع الساعة البيولوجية.
آلية التنظيم الذاتي للساعة البيولوجية :
كان الهدف الثاني، معرفة كيف يتم إنشاء هذه الذبذبات بشكل مستمر، افترض كل من جيفري هول ومايكل روسباش أن بروتين PER يوقف نشاط المورثة بيريود ومن خلال حلقة من ردود الفعل المثبطة وبالتالي تنظيم مستواه بإيقاع دوري مستمر.
الشكل 2
ولكن بعض حلقات سلسلة العمل هذه كانت مفقودة!
حتى يتم إيقاف المورثة بيريود عن العمل يجب أن يصل البروتين PER المصنع في السيتوبلاسما إلى داخل النواة حيث توجد المادة النووية.
وقد أظهرجيفري هول ومايكل روزبش أن البروتين PER يتراكم في النواة خلال الليل فكيف يصل إلى هناك؟
في عام 1994 اكتشف مايكل يانغ جين ثاني هو timeless وهو المسؤول عن تصنيع بروتين TIM الذي كان مطلوبًا لإيقاع الساعة البيولوجية العادية وأظهر أن اتحاد البروتين PER مع البروتين TIM يسمح لهما بالدخول على نواة الخلية وغياب المورثة perio عن العمل لإغلاق حلقة رد الفعل المثبطة .
الشكل 3
وقد أوضحت آلية التغذية الراجعة التنظيمية كيف ظهر هذا التذبذب في مستويات بروتين الخلية ولكن مالذي يسيطر على هذه التذبذب في مستوى الخلية؟
قام مايكل يونغ بتحديد مورثة أخرى هي DOUBLE TIME التي تشرف على تصنيع بروتين DBT الذي يؤخر تراكم بروتين PER وقدم هذا نظرة حول كيفية تعديل التذبذب لتتناسب بشكل وثيق مع دورة الـ 24 ساعة وأظهرت الاكتشافات النموذجية من قبل الباحثين المبادئ الرئيسية للساعة البيولوجية وخلال السنوات التالية تم توضيح المكونات الجزيئية الأخرى لآلية العمل على مدار الساعة موضحًا وظيفتها واستقرارها، على سبيل المثال حدد الباحثون هذا العام البروتينات الإضافية اللازمة لنشاط المورثة perioوالآلية التي من خلالها يمكن للضوء أن يتزامن مع الساعة البيولوجية.
للساعة البيولوجية دورًا هامًا في تنظيم الوظائف الفيزيزلوجية المعقدة ونحن نعلم أن كل الكائنات متعددة الخلايا بما فيها الإنسان تستخدم نفس الآلية للسيطرة على إيقاع الساعة البيولوجية حيث تنظم عمل نسبة كبيرة من المورثات الموجودة لدينا ويقوم نظام إيقاعي دقيق بضبط فيزيولوجيا أجسادنا مع مراحل اليوم المختلفة منذ أن الإكتشافات الإبداعية للعلماء طوّرت الساعة البيولوجية إلى حقلٍ بحثي واسع للغاية وله فوائده وتأثيراته على صحتنا.
- ترجمة: أريج علي
- تدقيق: أسمى شعبان
- تحرير: ناجية الأحمد
- المصدر
