Главная \ Новости и обзор литературы

О согласования биологических часов с циклами День-Ночь

« Назад

25.04.2020 23:55

Исследователи раскрывают важность согласования биологических часов с циклами День-Ночь

Колонки показывают образцы цианобактерий, взятых в разное время суток и инкубированных с ДНК

Рис.1. Колонки показывают образцы цианобактерий, взятых в разное время суток и инкубированных с ДНК, которая, если ее взять и инкорпорировать, позволяет им расти на среде, содержащей антибиотики. Повышенный зеленый рост в колонке показывает, что больше клеток приняли ДНК. Образцы в центре, в сумерках и в начале ночи, в тысячи раз лучше поглощают ДНК, чем образцы на рассвете (левый и правый края).

Бактериальная модель показывает, что инкорпорация ДНК зависит от пиков и впадин циркадных ритмов

Время - это все. Свежий пример, подтверждающий старую поговорку, был найден в связи с системами, регулируемыми биологическими часами.

Исследования циркадных ритмов, наших внутренних 24-часовых моделей, которые влияют на циклы сна и бодрствования и метаболические циклы, показали, что время является ключевым для здоровья человека. Когда наша деятельность и внутренние циркадные часы идут не в ногу с естественным циклом день-ночь - например, в случаях нерегулярной сменной работы, смены часовых поясов и плохой привычки спать-бодрствовать - мы увеличиваем риск заболевания из-за неправильной синхронизации важных биологических процессов. Но генетика, стоящая за этими механизмами, не была хорошо известна.

Теперь ученые из Калифорнийского университета в Сан-Диего, изучающие фотосинтезирующие бактерии, называемые цианобактериями, или "сине-зелеными водорослями", выявили корни поведения, которое регулируется циркадными часами.

Результаты исследования, возглавляемые ассоциированным исследователем проекта отдела биологических наук Арно Татоном (Arnaud Taton) и старшими авторами Джеймсом (James) и Сьюзен Голден (Susan Golden), опубликованы в журнале Nature Communications.

циркадная эксрессия генов

Рисунок 2. Новые исследования дают яркий пример важности поддержания внутренних биологических часов в соответствии с внешней средой, чтобы процессы происходили в нужное время суток (на рисунке: в микробиологии, генетике, клеточной биологии и молекулярной биологии компетенция - это способность клетки изменять свою генетику путем взятия внеклеточной («голой») ДНК из окружающей среды в процессе, называемом трансформацией. Компетенция может быть дифференцирована между естественной компетенцией, генетически определенной способностью бактерий, которая, как считается, возникает в естественных условиях, а также в лаборатории, и индуцированной или искусственной компетентностью, которая возникает, когда клетки в лабораторных культурах обрабатываются, чтобы сделать их временно проницаемыми для ДНК).


«Я думаю, что эта статья демонстрирует важность совпадения внутреннего биологического времени со временем окружающей среды», - сказала заслуженный профессор Калифорнийского университета в Сан-Диего Сьюзен Голден, директор Центра циркадной биологии и старший автор статьи. «Есть много человеческих болезней, при которых люди плохо приспособлены к окружающей среде. Это может быть следствием таких привычек, как слишком много света ночью, прием пищи в случайное время дня и отсутствие регулярного сна. В цианобактерии это имеет очень большое значение для выравнивания биологического времени и времени внешней среды».

Ученые знают, что в поисках новых генов бактерии включают ДНК из окружающей среды. Такие процессы обеспечивают наличие сырья для создания генетических вариаций, а именно так эволюционируют виды. Все же детали этого удивительного процесса понятны только в нескольких организмах. Способность поглощать ДНК обычно жестко регулируется, что позволяет ученым предположить, что для организма было бы вредно без разбора поглощать чужеродные гены.

В новом исследовании ученые определили механизм поглощения ДНК в цианобактерии Synechococcus elongatus и обнаружили, что внутренние циркадные часы в их клетках предотвращают поглощение ДНК в начале дня и усиливают этот процесс в начале ночи. Они предсказали, что опосредованная часами экспрессия определенных сумеречно-индуцированных генов в темное время суток является центральной для поглощения ДНК из окружающей среды. Они обнаружили, что при наступлении темноты, когда внутренние часы клеток сообщают им, что наступает вечер, поглощение и включение ДНК резко возрастают. Напротив, темнота в моменты времени, которые не совпадают с внутренним тактовым временем, не может обеспечить увеличение поглощения и включения ДНК.

Что касается того, почему раннее поглощение ДНК не поощряется, а позднее усиливается, ученые не совсем разобрались. Они проверяют гипотезы, такие как, может ли быть полезным избегать захвата потенциально опасной ДНК, когда вирусы более распространены, что в некоторых средах происходит днем.

«Это исследование является ярким примером важности согласования внутренних биологических часов с внешней средой, чтобы процессы происходили в нужное время суток», - говорят исследователи.

См. дополнительно:

Источник: Материалы предоставлены University of California - San Diego

Статьявжурнале: Arnaud Taton, Christian Erikson, Yiling Yang, Benjamin E. Rubin, Scott A. Rifkin, James W. Golden, Susan S. Golden. The circadian clock and darkness control natural competence in cyanobacteriaNature Communications, 2020; 11 (1)


 на заметку

Помимо дезинфекции и социального дистанцирования-здоровый циркадный ритм может держать вас в здравом уме и повышать устойчивость к борьбе с COVID-19

циркадный ритм и здоровье

Автор заметки: Сатчин Панда (Satchin Panda) - Профессор регуляторной биологии Института биологических исследований Солка, адъюнкт-профессор клеточной и эволюционной биологии Калифорнийского университета в Сан-Диего


Социальное дистанцирование и мытье рук стали передовой линией в борьбе с COVID-19, но есть еще один мощный защитный ресурс, сразу доступный всем: ваш циркадный ритм.

Хотя изоляция и гигиена эффективны в снижении вероятности инфицирования, они мало что делают для повышения нашей устойчивости к вирусу, чтобы мы меньше страдали и быстрее выздоравливали. Кроме того, стресс и беспокойство, вызванные текущими тенденциями - закрытием школ и предприятий, самостоятельным карантином и необходимостью оставаться дома, - не помогают. Нагрузка на наше физическое и психологическое здоровье может сделать нас еще более уязвимыми для вирусов и других проблем со здоровьем. Ответ на повышение вашего иммунитета может заключаться в простых шагах, которые вы можете предпринять для поддержания устойчивого циркадного ритма, следуя ежедневному распорядку дня.

Я возглавляю лабораторию, которая исследует циркадианные ритмы, ежедневные циклы телесных функций, которые формируют основу хорошего здоровья. Эти телесные часы, обнаруженные почти в каждом органе тела и части мозга, являются центральными и жизненно важными для правильно функционирующей иммунной системы. Синхронизированный циркадный ритм в легких, сердце, почках и головном мозге гарантирует, что процессы в нашем организме идут по плану, в то время как иммунная система может эффективно бороться и победить вирус. Когда системы синхронизации в человеческом организме десинхронизированы, основные органы нарушаются, уменьшая потенцию вашей иммунной системы. Циркадные нарушения ослабляют вашу иммунную систему и делают вирус трудно-победимым.

Как мы поддерживаем устойчивый циркадный ритм?

Ответ так же прост, как разработка ежедневного распорядка дня и последовательное его соблюдение. Циркадный ритм в мозге синхронизируется с внешним миром светом и тьмой. Циркадные ритмы в остальной части тела синхронизируются, когда мы едим. Мы можем поддерживать здоровый циркадный ритм с помощью следующих простых практик: сон, время приема пищи, дневное освещение, физические упражнения и управление стрессом.

Сон является наиболее глубоким предиктором здорового циркадного ритма. Когда мы нарушаем наш сон, это имеет последствия за пределами нашего мозга. Исследования показали, что хронически недосыпающие животные и люди имеют более слабые иммунные системы, что облегчает проникновение в организм даже легких инфекций и вирусов и вызывает больше повреждений или даже смерти. Поэтому поддержание постоянного режима сна является мощной стратегией для поддержания лучшего иммунитета.

Исследователи сна предполагают, что младенцы и малыши могут спать до 12 часов каждый день; дети и подростки должны проводить девять часов в постели; а взрослые должны стараться быть в постели в течение восьми часов. Затемнение света за два-три часа до сна и принятие ванны перед сном помогут вам хорошо выспаться. Ванна перед сном также очищает наше тело и может смыть любой вирус, который мог бы прилипнуть к нашей коже.

Когда мы едим, это может питать или мучить наши ритмы.

умеренность в питании

Когда мы не спим, мы склонны перекусывать или есть. Исследования показывают, что почти 50% взрослых людей, вероятно, едят в течение 15-часового окна или дольше, например, вахтовые рабочие, которые работают рано утром, вечером или ночью, спят и стараются наверстать упущенное в обычной жизни в нерабочее время.

Это неустойчивое планирование может привести к еще худшему графику питания из-за характера их работы. Однако вам не обязательно быть вахтовым рабочим, чтобы жить как вахтовый рабочий.

Такие большие пищевые окна нарушают циркадный ритм организма и ослабляют органы, в том числе кишечник, печень, мышцы, сердце, почки и легкие, что затрудняет борьбу с инфекцией . И наоборот, исследования на животных и людях все чаще показывают, что употребление пищи и напитков в течение 8-12 - часового периода снижает риск заболеваний и инфекций и улучшает здоровье мозга и тела. Этот стиль питания называют ограниченным по времени приемом пищи или прерывистым голоданием.

Осветите свое настроение и затемните его перед сном 

Наконец, свет и темнота играют решающую роль в циркадном ритме мозга и его здоровье. Находясь на открытом воздухе и при дневном свете в течение по крайней мере 30 минут каждый день - это отличный способ синхронизировать ваши мозговые часы с внешним миром. Это также уменьшает депрессию и тревогу и повышает бдительность.

В нынешней обстановке, когда человек спускается вниз, оставаясь дома и редко выходя из дома, отсутствие дневного света может увеличить риск депрессии и других расстройств настроения. Также следует отметить: ультрафиолетовая часть солнечного света является дезинфицирующим средством. Всего лишь 30 минут ультрафиолетового света на одежде может убить бактерии и вирусы, которые могут быть прикреплены к внешней стороне нашей одежды.

Когда снаружи становится темно, уменьшение воздействия яркого внутреннего света в течение двух-трех часов перед сном поможет вам заснуть.

Идеальный распорядок

Мы можем включить эти идеи в нашу повседневную жизнь, чтобы поддерживать сон, время приема пищи, легкий график, физические упражнения и стратегии, чтобы оставаться позитивными, чтобы помочь миллионам людей, которые сейчас застряли дома или имеют минимальный стимул выходить на улицу. Моя лаборатория разработала исследовательское приложение myCircadianClock, чтобы помочь людям контролировать и оптимизировать свои собственные циркадные ритмы.

Простой план для взрослых будет включать в себя следующее:

  • Сон: стремитесь проводить восемь часов в постели каждую ночь, чтобы позволить себе по крайней мере семь часов сна. Это позволяет мозгу отдыхать, детоксицироваться и омолаживаться. Подростки и дети старше 10 лет должны стараться находиться в постели от 9 до 12 часов каждую ночь.
  • Диета: ешьте в течение 8-10-часового окна времени каждый день. Обратите внимание на время, когда вы потребляете свои первые калории за день (напиток или пищу), и планируйте принять свои последние калории за этот день через 10 часов. Убедитесь, что последние калории потребляются за два-три часа до сна. Такое ограниченное по времени питание может быть усилено путем сочетания с домашней здоровой пищей для поддержания здоровой кишечника, печени, сердца, легких, почек и иммунной функции. Ограниченное по времени питание также может помочь сбросить лишний вес и управлять артериальным давлением, глюкозой в крови и холестерином.
  • Свет: проводите не менее 30 минут на открытом воздухе в светлое время суток, чтобы уменьшить депрессию, повысить бдительность и улучшить настроение.
  • Управление стрессом: социальное дистанцирование может быть социальной изоляцией, которая может привести к повышенному стрессу, депрессии и трудностям засыпания. Проводите больше времени с людьми, с которыми вы живете, и устанавливайте контакт со своей далекой семьей и друзьями через видеочат. Занимайтесь позитивными мыслями, читайте книги, которые давно хотели прочитать, создавайте новые музыкальные плейлисты, играйте в настольные игры или разгадывайте головоломки. Избегайте слишком большого количества ТВ и удручающих новостей.
  • Упражнение: не забудьте выполнить некоторые упражнения. Для тех из вас, кто чувствует, что вы физически менее активны, попробуйте выполнить некоторые шаги. Прогуляйтесь по окрестностям, сделайте несколько простых упражнений на силу дома. Включите немного музыки и танца. Старайтесь делать интенсивные упражнения во второй половине дня, когда мышечные часы могут дать вам наибольшую пользу от упражнений.

Точное время, когда каждая семья ложится спать, ест, занимается спортом, исследует природу или общается, зависит от того, где они живут и какие у них могут быть другие ограничения. Но на разработку и реализацию такого плана уходит всего неделя.

Будьте здоровы!

 

Комментарии


Комментариев пока нет

Пожалуйста, авторизуйтесь, чтобы оставить комментарий.
Я согласен(на) на обработку моих персональных данных. Подробнее
Пожалуйста, авторизуйтесь, чтобы оставить комментарий.

Авторизация
Введите Ваш логин или e-mail:

Пароль :
запомнить