A szervezet belső órájáról szóló kutatás érdemelte ki az orvosi Nobelt

Az elismerést Jeffrey C. Hall, Michael Rosbash és Michael W. Young, a cirkadián ritmus felfedezői kapták.

A világ legkézenfekvőbb dolga, hogy a legtöbb szervezet – legyenek azok állatok, növények, gombák vagy egysejtűek – életműködése valamilyen módon illeszkedik a Föld forgásához, és az ebből fakadó napszakok örök váltakozásához. Ahogy az azonban a legkézenfekvőbb dolgokkal már lenni szokott, korántsem egyértelmű, hogy mindezt hogyan csinálják. Mert hogy e jelenségben az a csodálatos, hogy nem függ (vagy inkább nem teljesen függ) a napszakok érzékelhető változásaitól, legfőképpen a fénymennyiségtől. A legtöbb élő szervezet akkor is fenntartja a napi ritmusát, ha nem érzékelheti érzékszerveivel, hogy éppen nappal van-e vagy éjszaka.

A díjazottak (mindhárman amerikaiak) a klasszikus genetikai kutatások legkedveltebb modellállatát, a muslincát (Drosophilát) hívták segítségül, ennek szervezetében sikerült azonosítaniuk az úgynevezett cirkadián ritmusért felelős gént (azért cirkadián, mert csak körülbelül követi a napszakokat). E gén alapján a szervezet egy olyan különleges fehérjét szintetizál, amely lassan felgyülemlik az éjszaka folyamán (így mennyiségének növekedése a hajnal közeledtét jelzi), majd nappal fokozatosan lebomlik, koncentrációja csökkenésnek indul. Ezzel e fehérje koncentrációhullámzása megfeleltethető a napszakok váltakozásának. A kutatók később a Nobel-díjak honlapján közzétett közlemény szerint a ritmust irányító molekuláris biológiai mechanizmus egyéb résztvevő vegyületeit is azonosították, így végül igen beható képet voltak képesek alkotni az életműködés egyik legalapvetőbb szabályozó mechanizmusáról.

Természetesen a felfedezés nem lett volna olyan világraszóló, ha nem derült volna ki, hogy jórészt univerzális az élővilágban, így hasonló mechanizmus működik bennünk is. E változatlanság a ritmus életbe vágó fontosságát bizonyítja, hiszen általános jelenség az evolúcióban, hogy a fontos funkciók (amelyek „elromlása” szinte szükségszerűen az egyed halálát eredményezné) nagyon lassan változnak a törzsfejlődés folyamán.

A ritmust igazgató fehérjék koncentrációja gyakorlatilag minden életműködésre hatást gyakorol az emésztéstől az aktivitáson (az alvás és az ébrenlét váltakozásán) keresztül az idegi, immunológiai funkciókig és a szexuális viselkedésig, a testhőmérsékletig. Mindannyian megtapasztalhattuk, hogy rontja közérzetünket, ha ideiglenesen aszinkronba kerül egymással aktivitásunk, a külső környezetben tapasztalható napszak és a belső óránk által diktált periódus. Ha ez csak alkalmanként fordul elő (például az interkontinentális utazások alkalmával tapasztalható „jetlag” idején), akkor némi alvással kompenzálható néhány nap alatt. De arra is vannak adatok, hogy ha mindez hosszan fennáll, az számos betegség forrása is lehet.

Természetesen nem a három díjazott kutató ismerte fel először, hogy az élőlények aktivitása követi a napszakokat. Már a 18. században a francia csillagász, Jean Jacques d\'Ortous de Mairan megfigyelte, hogy a mimóza levelei kinyílnak reggel, és becsukódnak este. Ő volt az első, aki e jelenséget egy kísérletben is megvizsgálta: állandó sötétségbe helyezett mimóza növényeket, és úgy találta, hogy azok a fényhatás nélkül is folytatják nyíló-csukódó ritmusukat. Ő ezek alapján – helyesen – úgy vélte, hogy valamiféle belső óra működhet bennük. A kor tudományos és technológiai fejlettsége nem tette lehetővé, hogy a puszta megfigyelésen és az elméleti következtetés levonásán túl a kutatók mélyebben megvizsgálhassák a jelenség hátterét. Minderre két évszázadot kellett várni.

Az 1970-es években Seymour Benzer genetikus felvetette, hogy a cirkadián ritmust egy gén szabályozhatja, ezt a hipotetikus gént periodnak (periódusnak) nevezte el, azonosítani azonban nem tudta. Erre egy évtizedet kellet még várni, amikor a három díjazott az amerikai Brandeis és a Rockefeller Egyetemeken egymással együttműködve felfedezték a period gént, és fehérje termékét, a PER-t. A kutatás következő – kézenfekvő – kérdése az volt, hogyan oszcillál napi ritmusban a PER fehérje koncentrációja. A kutatók feltételezték, hogy az egyre több termelődő PER fehérje valamilyen módon visszahat a period gén működésére. Ez a hipotézis be is igazolódott: a PER valóban gátolja a period gén kifejeződését (átírását hírvivő RNS-sé, amely a későbbi fehérjeszintézis alapjául szolgálna). Ahogy egyre több PER termelődik, a period gén működése egyre inkább lecsökken a gátlás következtében. Miután a PER elbomlik, a gátló hatás is csökken, és a period gén újra működésbe léphet. Ez az önszabályzás végül napi hullámzó ritmust eredményez.

Adódott azonban még egy probléma. A period gént a sejtmagban kellett blokkolni, és ki is mutatták, hogy éjszaka a PER fehérje valóban a sejtmagban gyülemlik fel. Viszont a fehérjeszintézis helye a sejtmagon kívül, a sejtplazmában van. Vajon hogyan képes a PER bejutni a magba. Az kiderült, hogy erre önmagában nem lehet képes, ez vezetett egy második belsőóra-gén, a timeless (időtlen) felfedezéséhez. Ennek fehérjeterméke kell ahhoz, hogy a PER-hez kapcsolódva lehetővé tegye annak bejutását a sejtmagba. Ezután felfedeztek egy harmadik gént, a doubletime-ot („dupla időt”) is, amelynek DBT rövidítésű fehérjéje a PER felgyülemlését késlelteti, ezzel segít belőni a nagyjából 24 órás ritmust.

De ez természetesen csak a történet kezdete. Azóta sok más gént is találtak, amelyek termékei mind kellenek ahhoz, hogy a belső óra ilyen megbízhatóan ketyegjen. Arra is fény derült, hogy talán nincs is olyan molekuláris mechanizmus a biológiában, amely ilyen sok más gén működésére hatást gyakorolna.