Циркадный код. Как настроить свои биологические часы на здоровую жизнь
Шрифт:
Процесс научного исследования очень похож на расследование преступления. По нескольким ключевым особенностям можно составить психологический профиль преступника, но вам могут потребоваться месяцы и даже годы, чтобы найти подозреваемого и доказать его вину. Двум независимым группам ученых потребовалось 13 лет, чтобы узнать, как в действительности выглядит ген Per у плодовых мушек. Еще несколько лет ушло на то, чтобы выяснить, как он управляет их циркадными часами.
Теперь мы знаем, что внутри каждой клетки ген Per регулярно отдает приказы на создание особого белка, процесс роста и распада которого составляет 24 часа. Этот механизм есть у каждого живого организма: было установлено, что циркадные часы тины контролируются тремя генами, а у
Каждый день мы достаем все кубики льда и готовим смузи для всей семьи. Затем мы возвращаем емкость на место, и льдогенератор включается снова, чтобы возобновить производство льда. Поскольку «ген Per» в нашем холодильнике не изменяется, количество намороженных кубиков льда всегда остается одинаковым. Количество времени, которое требуется генератору, чтобы наполнить емкость льдом, и нам, чтобы ее опорожнить, тоже остается постоянным. Этот период составляет один цикл. Если полный цикл осуществляется за 24 часа, он называется циркадным.
Если бы у всех льдогенераторов циклы работы всегда были одинаковыми, то у всех нас ритмы каждого дня были бы совершенно идентичными. Проблема в том, что работа вашего льдогенератора зависит от того, как вы используете производимый лед. Если вы будете доставать лишь пару кубиков льда в день, то процесс заполнения емкости льдом станет занимать меньше времени. Если же поздно вечером, когда генератор будет производить свежие кубики, чтобы заполнить емкость, вы ее опорожните, чтобы приготовить несколько «Маргарит», то генератору не хватит времени, чтобы к утру наморозить нужное количество льда.
Еще одной проблемой является мутация, которую можно сравнить с нарушением режима работы льдогенератора. Если «ген Per» в морозильнике подвергнется мутации, то генератор будет производить лед слишком быстро или слишком медленно. У него может испортиться датчик, который определяет время отключения, и тогда генератор либо перестанет производить лед при полупустой емкости, либо продолжит работать при переполненной емкости. Неисправность генератора влияет на количество времени, которое занимает изготовление ежедневной партии кубиков льда и ее полное использование.
У каждого органа есть собственные часы
Ученые были почти полностью уверены в том, что все тело контролируется только одними часами, пока проведенный одним аспирантом эксперимент не опроверг это предположение. Джефф Платц, который поступил в аспирантуру на пару лет раньше меня, нанес на ген Per светящуюся в темноте флуоресцентную метку. Когда плодовые мушки имели доступ к достаточному количеству пищи и воды, они светились зеленым светом, интенсивность которого усиливалась и слабела в соответствии с 24-часовым ритмом даже тогда, когда их держали в полной темноте. Однажды (во время уборки в своей лаборатории) Платц расчленил несколько живых мушек, чтобы использовать их крылья, антенны, челюсти, ноги, животы и т. д. в другом эксперименте. Ему было известно, что даже после расчленения мушки отдельные ее органы сохраняют жизнеспособность в течение нескольких дней. Затем он на неделю улетел в Лас-Вегас, а когда снова вернулся в темную лабораторию, то заметил, что антенны, ноги, крылья и животы мушек, полностью отделенные от их голов, продолжали светиться с соблюдением того же ритма, что и у целых мушек. Другими словами, чтобы соблюдать 24-часовой ритм свечения и затухания, органам не требовалось соединения с головой. Этот эксперимент доказал,
Представьте, что тело человека – это дом, где каждый орган является отдельной комнатой со своими собственными часами. Часы в спальне говорят вам, когда ложиться спать и просыпаться, часы в кабинете сообщают, когда нужно работать, часы на кухне подают сигнал к приему пищи, часы в ванной указывают… В общем, вы поняли. Сегодня мы знаем, что часы в животе показывают оптимальное время для выработки гормонов голода или сытости, для секреции желудочного сока, для подготовки микробиома кишечника к выведению отходов через прямую кишку. Часы в поджелудочной железе указывают время для увеличения и уменьшения выработки инсулина. Аналогичным образом действуют часовые механизмы в мышцах, печени и накопленных нами жировых тканях, каждый из которых занимается регуляцией функций соответствующего органа.
Я вывел свое исследование за пределы изучения генов циркадных часов, чтобы узнать, есть ли разница между тем, как эти часы регулируют трекер сна в мозге, и тем, как они контролируют метаболизм в печени. В то время как другие исследователи сфокусировались на том, как дюжина часовых генов в мозге и печени включается и выключается в разное время, моя команда забросила сеть шире и проверила, какие еще из более чем 20 тысяч генов в нашем геноме включаются и выключаются в разное время в разных органах. Мы начали это исследование в 2002 году, используя новейшую геномную технологию, и в ходе исследования, которое все еще продолжается и принимает все более разнообразные и изощренные формы, мы установили, что в каждом органе есть тысячи генов, которые включаются и выключаются в разное время строго скоординированным образом.
У каждого гена в нашем геноме есть свой циркадный цикл. Однако они не запускают эти циклы одновременно, а некоторые делают это только в одном органе. Иначе говоря, в нашем геноме хранится скрытый временн'oй код для каждого вида ткани. Например, мы знаем, что каждая клетка нашего организма содержит полный набор генов. Однако в ходе того же исследования, начатого в 2002 году2, мы обнаружили, что в разное время суток может включаться или выключаться не более 20 процентов всех генов: как уже говорилось, наш организм не в состоянии осуществлять все свои биологические функции одновременно. Еще интереснее тот факт, что 20 процентов генов, которые на определенное время отключаются в мозге, не являются теми же генами, которые отключаются на определенное время в печени, сердце или мышцах. Детальная информация о функциях и времени работы генов позволила нам ясно понять, как циркадные ритмы оптимизируют функционирование клеток.
А теперь давайте посмотрим, какие виды клеточной активности осуществляются циклично:
Сигнальные пути нутриентов (пути передачи сигналов голода и насыщения). Так же как все наше тело ощущает голод при снижении уровня доступной и готовой к использованию энергии, испытывает сытость после приема пищи или не чувствует голода ночью, каждая клетка каждого органа располагает механизмом, который вызывает у нее голод и позволяет получать питательные вещества в течение дня. После того как клетка получит достаточно энергии, мозг перекрывает доступ к питательным веществам, чтобы клетка «не объелась».
Энергетический метаболизм, который влияет на функционирование клетки и метаболизм всех ключевых нутриентов. Использование и хранение углеводов, жиров и белков не является непрерывным. Когда сахар абсорбируется из крови и преобразуется в жир или гликоген для будущего использования, функция расщепления жира в организме останавливается и возобновляется лишь после того, как будет израсходован весь сахар.
Техническое обслуживание клеток. После всех химических реакций, особенно тех, в ходе которых клетки производят энергию, остаются отходы, известные как частицы активного кислорода. Их можно сравнить с пятнами жира на кухонной плите или с жирным дымом, который исходит от раскаленной сковородки. Чтобы справиться с этой грязью, мы включаем вытяжку или надеваем фартук. У клеток тоже есть включающиеся в определенное время механизмы уборки мусора. В их число входит процесс детоксикации.