生物钟都已经获得诺贝尔奖了,你还在熬夜?

【字体: 时间:2017年10月09日 来源:生物通

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  熬夜或经常倒时差造成的不规律睡眠习惯可能会引发严重健康问题,增加患上乳腺癌、心脏病、糖尿病、抑郁、肥胖等疾病的几率。但是一些人还是不以为然,认为所谓“生物钟”的概念子虚乌有,并没有物质基础。

  

生物通报道:熬夜或经常倒时差造成的不规律睡眠习惯可能会引发严重健康问题,增加患上乳腺癌、心脏病、糖尿病、抑郁、肥胖等疾病的几率。但是一些人还是不以为然,认为所谓“生物钟”的概念子虚乌有,并没有物质基础。

10月2日,2017年诺贝尔生理学或医学奖揭晓,3位美国科学家Jeffrey C. Hall, Michael Rosbash和Michael W. Young获奖。获奖理由是“发现了调控昼夜节律的分子机制”。

什么是调控昼夜节律的生物钟?

早在18世纪,法国天文学家Jean—Jacques d’Ortous de Mairan在研究地球运转的同时注意到含羞草在白天时叶是张开的,但到了晚上就闭合了。这是内源性的昼夜节律性振荡的最早记录。

此后几位科学家:Erwin Bunning、Jürgen Walther Ludwig Aschoff和Colin Pittendrigh分别从植物,动物等多方面分析了生物钟,虽然他们所研究的生物系统虽然不同,但三个人都总结出相同的关于生物钟的几个基本特征,指出生物钟是内源的、自主的、不依赖于环境变化的生物节律。

真的有生物钟基因吗?

在基因研究盛行的时代,不少人怀疑过生物钟基因是否存在,直到1971年,美国科学家Seymour Benzer等人发现果蝇突变体有昼夜节律异常行为。1984年,科学家们终于找到了第一个显著影响生物昼夜节律的基因——per基因(period)。这一重要发现鼓舞了更多科学家投身该领域。

目前科学家已在动物、高等植物和菌类体内发现了生物钟基因,在哺乳动物中也已发现十多个控制昼夜节律的基因,如Bmal1、Clock等基因。其中,在人体内有三个per基因(Per1,Per2,Per3)被发现。

近年来科学家们还发现了一些特殊生物钟基因的家族,如家族性睡眠状态提前综合征(FASP)的一个家庭。FASP患者是极端喜欢早起的人,在早上5:30以前自然醒来,有时是凌晨2点。因为这些人得到了正常量的睡眠,FASP也不能被认为是一种疾病。事实上,有一些患FASP的人也陶醉于他们每天第一个开始工作。然而,起的这么早也有其缺点,尤其是在一个大多数人比FASP患者晚起和晚睡的世界里。研究人员指出患有这种疾病的患者,其体内的昼夜节律基因出现了突变。

基因组“暗物质”竟然也有节律!

宾夕法尼亚大学Perelman医学院研究人员利用一些基于高密度DNA测序的新工具,检测了全体小鼠肝脏中增强子的活性。他们发现许多的增强子,像昼夜节律基因一样,与邻近基因协调一致地呈日常振荡——增强子和基因活性都在每天的同一时间达到高峰。

这些增强子的活性转而受到称作为转录因子的独特蛋白控制。基于它们达到高峰的时间,研究小组将这些增强子分为8个三小时时段,并探讨了在每一组中哪些因子能够结合这些增强子。值得注意的是,研究小组发现在同一时段的增强子往往结合相同的转录因子。

移植生物钟

为了适应地球自转引起的昼夜周期性变化,我们进化出了协调昼夜节律的生物钟。当然生物钟并不是人类的专利,地球上绝大多数植物、动物、真菌和蓝藻都具有生物钟。哈佛医学院的合成生物学家Pamela Silver教授领导研究团队,将蓝藻的生物钟体系移植到了原本没有昼夜节律的细菌中。

研究人员将天然系统看作模块,以可预测和可编程的方式操纵生物学回路,他们用这一方法成功为大肠杆菌赋予了昼夜节律,这些大肠杆菌日后可以用于益生菌药物,对肠道菌群进行监控。

研究人员从蓝藻中提取了这一蛋白回路,并将其移植到大肠杆菌E. coli中,给非节律性的E. coli中建立了生物钟。将这一回路与其他基因表达元件关联,就可以根据昼夜循环来影响代谢和行为。在这项研究中,KaiABC与荧光蛋白关联,E. coli会随着昼夜节律发出荧光。

(生物通)

 

 

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