Ustalenia zostały poczynione przez Uniwersytet Cambridge w toku prac nad projektem METACLOCK i opublikowane 15 sierpnia w czasopiśmie »Proceedings of the National Academy of Sciences«. Co istotne mogą być pomocne w wyjaśnieniu, dlaczego pracownicy zmianowi, których zegar biologiczny jest stale zakłócany, są bardziej podatni na infekcje i choroby przewlekłe.
W następstwie infekcji wirusowej, wirus przejmuje kontrolę nad maszynerią organizmu i zasobami zgromadzonymi w komórkach, wykorzystując je do replikacji i rozprzestrzeniania się po całym organizmie. Jednak ilość zasobów ułatwiających replikację, jakie wirus ma do dyspozycji, ulega w ciągu dnia wahaniom. To po części reakcja na nasz rytm dobowy, czyli zegar biologiczny. Rytm dobowy reguluje wiele aspektów naszej fizjologii i funkcji organizmu: wzorce snu, temperaturę ciała, pracę układu immunologicznego czy wydzielanie hormonów. Wspomniane cykle są regulowane przez wiele swoistych genów, między innymi Bmal1 oraz Clock.
Aby przekonać się, czy organizm człowieka jest bardziej podatny na infekcje w określonych porach dniach, naukowcy z Cambridge porównali zwykłe „dzikie” myszy zakażone herpeswirusem o różnych porach dniach, mierząc poziom infekcji i jej rozprzestrzenianie się w organizmie. Myszy przebywały w kontrolowanym środowisku – 12 godzin w świetle dziennym i 12 w ciemności.
Badacze ustalili, że replikacja wirusa u myszy zakażonych zaraz na początku dnia (odpowiednik wschodu słońca, kiedy zwierzęta nocne rozpoczynają okres odpoczynku) była dziesięciokrotnie intensywniejsza niż w przypadku myszy zarażonych po upływie dziesięciu godzin dnia, kiedy przechodziły do okresu aktywności. Kiedy zespół powtórzył badania na myszach pozbawionych genu Bmal1, replikacja wirusa utrzymywała się na wysokim poziomie niezależnie od pory zakażenia.
„Pora zakażenia może mieć istotny wpływ na podatność na chorobę, a co najmniej na replikację wirusa, co oznacza, że zakażenie o nieodpowiedniej porze dnia może skutkować znacznie ostrzejszą infekcją” – stwierdził profesor Akhilesh Reddy, starszy autor raportu z badań. „To spójne z wynikami najnowszych badań, które wskazują, że pora podania szczepionki przeciw grypie może mieć wpływ na skuteczność jej działania”.
Ponadto zespół naukowców stwierdził podobne wahania dzienne replikacji wirusa w hodowlach pojedynczych komórek, bez oddziaływania układu immunologicznego. Zakłócenie dobowego rytmu komórkowego nasila infekcję zarówno herpeswirusem, jak i wirusem typu A, innym typem wirusa (znanym jako wirus RNA), który zaraża i replikuje się w zasadniczo odmienny sposób od herpeswirusów.
„Każda komórka organizmu ma zegar biologiczny, który pozwala jej śledzić upływający czas i przewidywać codzienne zmiany w naszym środowisku” – zauważyła pierwsza autorka, dr Rachel Edgar. „Nasze ustalenia sugerują, że zegar w każdej komórce determinuje, na ile skuteczna będzie replikacja wirusa. Po tym, jak zakłóciliśmy zegar biologiczny w komórkach albo w myszy, przekonaliśmy się, że pora zakażenia już nie ma znaczenia – replikacja wirusa utrzymywała się ciągle na wysokim poziomie”.
Na tej podstawie zespół badawczy zasugerował, że pracownicy zmianowi, ze względu na pracę w niektóre noce i odpoczywanie w inne, mogą być pierwszymi kandydatami do corocznych szczepień przeciw grypie.
Oprócz dziennemu cyklowi aktywności gen Bmal1 podlega także wahaniom sezonowym – słabsza aktywność w zimowych miesiącach i intensywniejsza latem. To skłoniło zespół badawczy do wysnucia przypuszczenia, że to właśnie powód, dla którego niektóre choroby, takie jak grypa, z większym prawdopodobieństwem rozprzestrzeniają się w populacji ogólnej w miesiącach zimowych.
Zespół odkrył także, iż herpeswirusy potrafią manipulować molekularnym „mechanizmem zegarowym”, który reguluje rytm dobowy organizmu, dzięki czemu mogą rozprzestrzeniać się szybciej i dalej. To proces podobny do tego, który wykorzystuje pasożyt malarii – synchronizacja cyklu replikacyjnego z rytmem dobowym gospodarza, co zapewnia skuteczniejszą infekcję.
Prace nad projektem METACLOCK, który otrzymał około 2 mln EUR ze środków Europejskiej Rady ds. Badań Naukowych (ERBN), mają się zakończyć we wrześniu 2016 r.
Więcej informacji:
strona projektu w serwisie CORDIS
poleca:
