Den årliga Nobelveckan inleddes i Stockholm på måndagen med tillkännagivandet av vinnarna av priset i fysiologi eller medicin. uppgav att i denna kategori delades priset för 2017 ut till forskarna Michael Rosbash och Michael Young för

upptäckt av molekylära mekanismer som styr dygnsrytmer - cykliska fluktuationer i intensiteten av olika biologiska processer förknippade med förändringen av dag och natt.

Livet på jorden är anpassat till planetens rotation. Det är sedan länge fastslaget att alla levande organismer, från växter till människor, har en biologisk klocka som gör att kroppen kan anpassa sig till förändringar som sker under dagen i miljön. De första observationerna på detta område gjordes i början av vår tideräkning, och mer grundliga forskning påbörjades på 1700-talet.

På 1900-talet hade växters och djurs dygnsrytm studerats ganska fullständigt, men exakt hur den "inre klockan" fungerade förblev en hemlighet. Denna hemlighet upptäcktes av amerikanska genetiker och kronobiologer Hall, Rosbash och Young.

Fruktflugor blev en modellorganism för forskning. Ett team av forskare lyckades upptäcka en gen i dem som styr biologiska rytmer.

Forskare har funnit att denna gen kodar för ett protein som ackumuleras i celler under natten och förstörs under dagen.

Därefter identifierade de andra element som var ansvariga för självregleringen av den "cellulära klockan" och bevisade att den biologiska klockan fungerar på liknande sätt i andra flercelliga organismer, inklusive människor.

Våra interna klockor anpassar vår fysiologi till helt olika tider på dygnet. Vårt beteende, sömn, ämnesomsättning, kroppstemperatur och hormonnivåer beror på dem. Vårt välbefinnande försämras när det finns en diskrepans mellan den interna klockans funktion och miljön. Således reagerar kroppen på en plötslig förändring i tidszon med sömnlöshet, trötthet och huvudvärk. Jetlag har ingått i den internationella klassificeringen av sjukdomar i flera decennier. Diskrepansen mellan livsstil och de rytmer som kroppen dikterar leder till en ökad risk att utveckla många sjukdomar.

De första dokumenterade experimenten med interna klockor utfördes på 1700-talet av den franske astronomen Jean-Jacques de Meran. Han upptäckte att mimosalöv sjunker när natten faller och breder ut sig igen på morgonen. När de Meran bestämde sig för att testa hur växten skulle bete sig utan tillgång till ljus, visade det sig att mimosans löv föll och steg oavsett belysningen - dessa fenomen var förknippade med förändringar i tiden på dygnet.

Därefter fann forskare att andra levande organismer också har liknande fenomen som anpassar kroppen till förändringar i förhållandena under dagen.

De kallades dygnsrytmer, från orden circa - "runt" och dör - "dag". På 1970-talet undrade fysikern och molekylärbiologen Seymour Benzer om en gen som kontrollerade dygnsrytmer kunde identifieras. Han lyckades göra detta, genen fick namnet period, men kontrollmekanismen förblev okänd.

1984 lyckades Hall, Roybash och Young känna igen honom.

De isolerade den nödvändiga genen och fann att den är ansvarig för processen med ackumulering och förstörelse av proteinet som är associerat med det (PER) i celler, beroende på tid på dygnet.

Nästa uppgift för forskarna var att förstå hur dygnsfluktuationer uppstår och upprätthålls. Hall och Rosbash föreslog att ackumuleringen av proteinet blockerar genen från att fungera, och därigenom reglerar proteininnehållet i cellerna.

Men för att blockera en gens funktion måste proteinet som produceras i cytoplasman nå cellkärnan, där det genetiska materialet finns. Det visar sig att PER verkligen integreras i kärnan på natten, men hur kommer den dit?

1994 upptäckte Young en annan gen, tidlös, som kodar för proteinet TIM, som är nödvändigt för normala dygnsrytmer.

Han fann att när TIM binder till PER kan de komma in i cellkärnan, där de blockerar periodgenen genom återkopplingshämning.

Men några frågor förblev fortfarande obesvarade. Till exempel, vad styrde frekvensen av cirkadiska svängningar? Young upptäckte därefter en annan gen, doubletime, ansvarig för bildandet av DBT-proteinet, vilket fördröjde ackumuleringen av PER-proteinet. Alla dessa upptäckter hjälpte till att förstå hur svängningarna är anpassade till 24-timmars dygnscykeln.

Därefter gjorde Hall, Roybash och Young flera fler upptäckter som kompletterade och förfinade de tidigare.

Till exempel identifierade de ett antal proteiner som var nödvändiga för aktiveringen av periodgenen, och avslöjade också mekanismen genom vilken den interna klockan synkroniseras med ljus.

De mest troliga kandidaterna till Nobelpriset på detta område var virologen Yuan Chang och hennes man, en onkolog, som upptäckte herpesvirus typ 8 i samband med Kaposis sarkom; Professor Lewis Cantley, som upptäckte signalvägarna för fosfoinositid 3-kinasenzymer och studerade deras roll i tumörtillväxt och professor, som gjorde stora bidrag till analysen av data som erhållits genom hjärnavbildningsmetoder.

2016 vann japanen Yoshinori Ohsumi priset för sin upptäckt av mekanismen för autofagi - processen för nedbrytning och återvinning av intracellulärt avfall.

2 oktober 2017 klockan 17.08

Nobelpriset i fysiologi eller medicin 2017: Den biologiska klockans molekylära mekanism

• Populär vetenskap,
• Bioteknik,
• Geek Health

Den 2 oktober 2017 tillkännagav Nobelkommittén namnen på 2017 års Nobelpristagare i fysiologi eller medicin. 9 miljoner svenska kronor ska delas lika av de amerikanska biologerna Jeffrey C. Hall, Michael Rosbash och Michael W. Young för deras upptäckt av den biologiska klockans molekylära mekanism, det vill säga den oändligt loopade dygnsrytmen i organismers liv, bl.a. människor.

Under miljontals år har livet anpassat sig till planetens rotation. Det har länge varit känt att vi har en inre biologisk klocka som förutser och anpassar sig till tiden på dygnet. På kvällen vill jag somna, och på morgonen vill jag vakna. Hormoner släpps ut i blodet strikt enligt ett schema, och en persons förmågor/beteende - koordination, reaktionshastighet - beror också på tiden på dygnet. Men hur fungerar den här interna klockan?

Upptäckten av den biologiska klockan tillskrivs den franske astronomen Jean-Jacques de Meran, som på 1700-talet märkte att mimosbladen öppnar sig mot solen på dagen och stänger sig på natten. Han undrade hur växten skulle bete sig om den placerades i beckmörker. Det visade sig att även i mörkret följde mimosan planen - det var som om den hade en intern klocka.

Senare hittades sådana biorytmer i andra växter, djur och människor. Nästan alla levande organismer på planeten reagerar på solen: dygnsrytmen är tätt inbyggd i jordelivet, i ämnesomsättningen av allt liv på planeten. Men hur denna mekanism fungerar förblev ett mysterium.

Nobelpristagarna isolerade en gen som styr den dagliga biologiska rytmen i fruktflugor (människor och flugor har många gemensamma gener på grund av närvaron av gemensamma förfäder). De gjorde sin första upptäckt 1984. Den upptäckta genen fick ett namn period.

Gen period kodar för PER-proteinet, som ackumuleras i celler på natten och förstörs under dagen. PER-proteinkoncentrationen varierar på ett 24-timmarsschema i enlighet med dygnsrytmen.

De identifierade sedan ytterligare komponenter av proteinet och avslöjade helt den självuppehållande intracellulära mekanismen för dygnsrytm - i detta unika svar blockerar PER-proteinet genaktivitet period PER blockerar syntesen av sig själv, men bryts gradvis ner under dagen (se diagram ovan). Detta är en självförsörjande oändligt looping-mekanism. Det fungerar på samma princip i andra flercelliga organismer.

Efter upptäckten av genen, motsvarande protein och den interna klockans övergripande mekanism saknades ytterligare några pusselbitar. Forskare visste att PER-proteinet ackumuleras i cellkärnan på natten. De visste också att motsvarande mRNA produceras i cytoplasman. Det var inte klart hur proteinet kommer från cytoplasman in i cellkärnan. 1994 upptäckte Michael Young en annan gen tidlös, som kodar för TIM-proteinet, vilket också är nödvändigt för den interna klockans normala funktion. Han bevisade att om TIM fäster till PER, så kan ett par proteiner tränga in i cellkärnan, där de blockerar genaktivitet period, vilket stänger den ändlösa cykeln av PER-proteinproduktion.

Det visar sig att denna mekanism anpassar vår interna klocka till tiden på dygnet med utsökt precision. Den reglerar olika kritiska kroppsfunktioner, inklusive mänskligt beteende, hormonnivåer, sömn, kroppstemperatur och ämnesomsättning. En person mår illa om det finns en tillfällig diskrepans mellan yttre förhållanden och hans inre biologiska klocka, till exempel när man reser långa sträckor i olika tidszoner. Det finns också bevis för att kronisk obalans mellan livsstil och kroppsklocka är associerad med en ökad risk för olika sjukdomar, inklusive diabetes, fetma, cancer och hjärt-kärlsjukdomar.

Senare identifierade Michael Young en annan gen dubbeltid, som kodar för DBT-proteinet, som saktar ner ackumuleringen av PER-proteinet i cellen och tillåter kroppen att mer exakt anpassa sig till 24-timmarsdygnet.

Under de följande åren har de nuvarande nobelpristagarna mer i detalj belyst involveringen av andra molekylära komponenter i dygnsrytmen; de har hittat ytterligare proteiner som är involverade i genaktivering period, och tog också reda på mekanismerna för hur ljus hjälper till att synkronisera den biologiska klockan med yttre miljöförhållanden.

Från vänster till höger: Michael Rozbash, Michael Young, Geoffrey Hall

Forskningen om den interna klockmekanismen är långt ifrån komplett. Vi känner bara till huvuddelarna av mekanismen. Dygnsbiologi - studiet av den interna klockan och dygnsrytmen - har dykt upp som ett separat snabbt växande forskningsområde. Och allt detta skedde tack vare de tre nuvarande nobelpristagarna.

Experter har diskuterat i flera år att dygnsrytmens molekylära mekanism skulle tilldelas Nobelpriset – och nu har denna händelse äntligen inträffat.

Nobelpriset i fysiologi eller medicin. En grupp forskare från USA blev dess ägare. Michael Young, Geoffrey Hall och Michael Rosbash fick priset för sin upptäckt av de molekylära mekanismerna som styr dygnsrytmen.

Enligt Alfred Nobels testamente tilldelas priset "den som gör en viktig upptäckt" inom detta område. Redaktionen för TASS-DOSSIER har utarbetat material om tillvägagångssättet för att tilldela detta pris och dess pristagare.

Tilldelning av pris och nominering av kandidater

Det är Karolinska Institutets Nobelförsamling i Stockholm som ansvarar för prisutdelningen. Församlingen består av 50 professorer vid institutet. Dess arbetsorgan är Nobelkommittén. Den består av fem personer valda av fullmäktige bland dess medlemmar för tre år. Församlingen sammanträder flera gånger om året för att diskutera kandidater som valts ut av kommittén, och den första måndagen i oktober väljer den pristagaren med majoritetsbeslut.

Forskare från olika länder har rätt att nominera till priset, inklusive medlemmar av Karolinska Institutets Nobelförsamling och innehavare av Nobelpriset i fysiologi och medicin och i kemi, som har fått särskilda inbjudningar från Nobelkommittén. Kandidater kan föreslås från september till 31 januari följande år. Det är 361 personer som tävlar om priset 2017.

Pristagare

Priset har delats ut sedan 1901. Den första pristagaren var den tyske läkaren, mikrobiologen och immunologen Emil Adolf von Behring, som utvecklade en metod för immunisering mot difteri. År 1902 gavs priset till Ronald Ross (Storbritannien), som studerade malaria; 1905 - Robert Koch (Tyskland), som studerade tuberkulosens orsakande medel; 1923 - Frederick Banting (Kanada) och John MacLeod (Storbritannien) som upptäckte insulin; 1924 - grundaren av elektrokardiografi, Willem Einthoven (Holland); 2003 utvecklade Paul Lauterbur (USA) och Peter Mansfield (UK) metoden för magnetisk resonanstomografi.

Enligt Karolinska Institutets Nobelkommitté är det mest kända priset fortfarande 1945 års pris som tilldelades Alexander Fleming, Ernest Chain och Howard Florey (Storbritannien), som upptäckte penicillin. Vissa upptäckter har förlorat sin betydelse med tiden. Bland dem finns lobotomimetoden, som används vid behandling av psykisk ohälsa. Portugisen António Egas-Moniz fick priset för sin utveckling 1949.

År 2016 tilldelades priset den japanska biologen Yoshinori Ohsumi "för upptäckten av mekanismen för autofagi" (processen för en cell som bearbetar onödigt innehåll i den).

Enligt Nobels hemsida finns det idag 211 personer på listan över pristagare, varav 12 kvinnor. Bland pristagarna finns två av våra landsmän: fysiologen Ivan Pavlov (1904; för arbete inom matsmältningsfysiologi) och biologen och patologen Ilya Mechnikov (1908; för forskning om immunitet).

Statistik

1901-2016 delades priset i fysiologi eller medicin ut 107 gånger (1915-1918, 1921, 1925, 1940-1942 kunde Karolinska Institutets Nobelförsamling inte välja en pristagare). 32 gånger delades priset mellan två pristagare och 36 gånger mellan tre. Medelåldern för pristagarna är 58 år. Yngst är kanadensaren Frederick Banting, som fick priset 1923 vid 32 års ålder, äldst är 87-årige amerikanen Francis Peyton Rose (1966).

År 2017 delades Nobelpriset i medicin ut till tre amerikanska forskare som upptäckte de molekylära mekanismerna som är ansvariga för dygnsrytmen - den mänskliga biologiska klockan. Dessa mekanismer reglerar sömn och vakenhet, hormonsystemets funktion, kroppstemperatur och andra parametrar i människokroppen, som förändras beroende på tid på dagen. Läs mer om forskarnas upptäckt i RT-materialet.

Vinnare av Nobelpriset i fysiologi eller medicin Reuters Jonas Ekstromer

Nobelkommittén vid Karolinska Institutet i Stockholm meddelade måndagen den 2 oktober att 2017 års Nobelpris i fysiologi eller medicin tilldelades de amerikanska forskarna Michael Young, Geoffrey Hall och Michael Rosbash för deras upptäckter av de molekylära mekanismerna som styr dygnsrytmen. .

"De kunde ta sig in i kroppens biologiska klocka och förklara hur det fungerar", konstaterade kommittén.

Dygnsrytmer kallas cykliska fluktuationer av olika fysiologiska och biokemiska processer i kroppen i samband med förändringen av dag och natt. Nästan varje organ i människokroppen innehåller celler som har en individuell molekylär klockmekanism, och därför representerar dygnsrytmer en biologisk kronometer.

Enligt ett släpp från Karolinska Institutet kunde Young, Hall och Rosbash isolera en gen i fruktflugor som kontrollerar frisättningen av ett speciellt protein beroende på tid på dygnet.

"Således kunde forskare identifiera proteinföreningarna som är involverade i funktionen av denna mekanism och förstå den oberoende mekaniken för detta fenomen inuti varje enskild cell. Vi vet nu att den biologiska klockan fungerar på samma princip i cellerna hos andra flercelliga organismer, inklusive människor, säger kommittén som delade ut priset i ett pressmeddelande.

• Drosophila fluga
• globallookpress.com
• imagebroker/Alfred Schauhuber

Förekomsten av biologiska klockor i levande organismer fastställdes i slutet av förra seklet. De är belägna i den så kallade suprachiasmatiska kärnan i hjärnans hypotalamus. Kärnan får information om ljusnivåer från receptorer på näthinnan och skickar signaler till andra organ genom nervimpulser och hormonella förändringar.

Dessutom har vissa kärnceller, liksom cellerna i andra organ, sin egen biologiska klocka, vars arbete säkerställs av proteiner vars aktivitet förändras beroende på tid på dygnet. Aktiviteten hos dessa proteiner bestämmer syntesen av andra proteinbindningar, som genererar dygnsrytmer i livet för enskilda celler och hela organ. Att till exempel vara inomhus med stark belysning på natten kan förändra dygnsrytmen, vilket aktiverar proteinsyntesen av PER-gener som vanligtvis börjar på morgonen.

Levern spelar också en betydande roll i dygnsrytmen hos däggdjur. Till exempel är gnagare som möss eller råttor nattdjur och äter i mörker. Men om mat blir tillgänglig bara under dagen, förändras deras dygnscykel i levern med 12 timmar.

Livets rytm

Dygnsrytm är dagliga förändringar i kroppens aktivitet. De inkluderar reglering av sömn och vakenhet, frisättning av hormoner, kroppstemperatur och andra parametrar som förändras i enlighet med dygnsrytmen, förklarar somnologen Alexander Melnikov. Han noterade att forskare har utvecklats i denna riktning under flera decennier.

"Först och främst bör det noteras att denna upptäckt inte är igår eller idag. Dessa studier utfördes under många decennier - från 80-talet av förra seklet till nutid - och gjorde det möjligt att upptäcka en av de djupa mekanismer som reglerar den mänskliga kroppens och andra levande varelsers natur. Mekanismen som forskare upptäckt är mycket viktig för att påverka kroppens dygnsrytm, säger Melnikov.

• pixabay.com

Enligt experten uppstår dessa processer inte bara på grund av förändringen av dag och natt. Även under polarnattsförhållanden kommer dygnsrytmerna att fortsätta att fungera.

"Dessa faktorer är mycket viktiga, men väldigt ofta är de försämrade hos människor. Dessa processer regleras på gennivå, vilket bekräftades av pristagarna. Nuförtiden byter människor väldigt ofta tidszoner och utsätts för olika påfrestningar i samband med plötsliga förändringar i dygnsrytmen. Den intensiva rytmen i det moderna livet kan påverka den korrekta regleringen och möjligheterna för resten av kroppen”, avslutade Melnikov. Han är övertygad om att forskningen av Young, Hall och Rosbash ger en möjlighet att utveckla nya mekanismer för att påverka människokroppens rytmer.

Prisets historia

Prisets grundare, Alfred Nobel, anförtrodde i sitt testamente valet av pristagare i fysiologi och medicin åt Karolinska Institutet i Stockholm, grundat 1810 och ett av de ledande utbildnings- och vetenskapliga medicinska centra i världen. Universitetets Nobelkommitté består av fem permanenta ledamöter, som i sin tur har rätt att bjuda in experter för samråd. Det fanns 361 namn på listan över nominerade till årets pris.

Nobelpriset i medicin har delats ut 107 gånger till 211 forskare. Dess första pristagare var 1901 den tyske läkaren Emil Adolf von Behring, som utvecklade en metod för immunisering mot difteri. Karolinska Institutets kommitté anser att det viktigaste priset är 1945 års pris som tilldelades de brittiska forskarna Fleming, Cheyne och Florey för upptäckten av penicillin. Vissa utmärkelser har blivit irrelevanta med tiden, till exempel priset som delades ut 1949 för utvecklingen av lobotomimetoden.

Under 2017 höjdes bonusbeloppet från 8 miljoner till 9 miljoner svenska kronor (cirka 1,12 miljoner dollar).

Prisutdelningen kommer traditionellt att äga rum den 10 december, dagen för Alfred Nobels död. Priser inom områdena fysiologi och medicin, fysik, kemi och litteratur delas ut i Stockholm. Fredspriset, enligt Nobels testamente, delas ut samma dag i Oslo.

Följ oss