Đồng hồ sinh học của cơ thể người

Giải thưởng Nobel về Sinh lý học hoặc Y khoa năm 2017 được đồng trao cho 3 nhà khoa học Jeffrey C. Hall, Michael Rosbash và Michael W. Young vì những khám phá của họ về cơ chế phân tử kiểm soát nhịp sinh học – hay còn gọi là đồng hồ sinh học.

Đồng hồ sinh học vận hành theo cơ chế trong tế bào của các cơ thể đa bào

Đồng hồ sinh học là một trong những yếu tố chính quyết định sự sống trên Trái đất, nó cũng tạo ra sự quay vòng của hành tinh cũng như sự tiến hóa của các tế bào trong cơ thể trải qua hàng triệu năm tiến hóa.

3 nhà khoa học Jeffrey C. Hall, Michael Rosbash và Michael W. Young đồng đạt giải Nobel Y học 2017

Trong nhiều năm, chúng ta đã biết rằng sinh vật sống, bao gồm cả con người đều có nhịp sinh học giúp cơ thể thích nghi với môi trường xung quanh. Nhưng chưa ai thống nhất được cách đồng hồ sinh học này vận hành ra sao.

3 tác giả Jeffrey C. Hall, Michael Rosbash và Michael W. Young - chủ nhân của giải Nobel y học 2017 là những người đầu tiên khám phá ra cơ chế vận hành của nhịp sinh học.

Khám phá của họ giải thích làm thế nào thực vật, động vật và con người thích nghi với nhịp sinh học để có thể tồn tại được với sự biến đổi của Trái Đất.

Nhịp sinh học ở thực vật

Dùng ruồi giấm làm vật mẫu, những nhà khoa học đoạt giải Nobel Y học 2017 đã phân tách được gen điều khiển nhịp độ sinh học thường ngày của con người. Họ chứng minh được rằng gen này giải mã protein tích tụ trong tế bào suốt đêm và sử dụng nó trong ngày.

Sau đó, họ xác định thành phần protein bổ sung, hé lộ cơ chế tự quản theo “đồng hồ” bên trong tế bào. Giờ đây, chúng ta biết rằng đồng hồ sinh học hoạt động theo cùng cơ chế trong tế bào của các cơ thể đa bào, trong đó có con người.

Với độ chính xác chi tiết, đồng hồ sinh học trong chúng ta điều chỉnh giúp cơ chế sinh lý học của cơ thể thích nghi với các giai đoạn khác nhau trong ngày. Chiếc đồng hồ sinh học này điều chỉnh những chức năng quan trọng như hành vi, lượng hormone, giấc ngủ, nhiệt độ cơ thể và sự trao đổi chất.

Sức khỏe của chúng ta bị ảnh hưởng khi xuất hiện sự mất cân bằng tạm thời giữa đồng hồ sinh học cơ thể và môi trường bên ngoài, ví dụ như khi chúng ta di chuyển qua vài múi giờ khác nhau thì sẽ bị tình trạng “say máy bay” (jet lag).

Ngoài ra, có những dấu hiệu cho thấy sự lệch lạc kéo dài giữa lối sinh hoạt với nhịp điệu của đồng hồ sinh học có liên quan tới sự gia tăng về nguy cơ nhiễm các bệnh khác nhau.

Hành trình tìm ra được gene điều khiển nhịp sinh học của 3 nhà khoa học Mỹ

Năm 1984, 2 nhà khoa học Hall và Rosbash - đồng chủ nhân của giải Nobel y học năm nay đã đưa ra giả thuyết rằng, protein PER kích hoạt hoạt động của gen chu kỳ. Họ lý luận rằng, chuỗi protein PER có thể ngăn sự tổng hợp của chính nó, do đó điều chỉnh thời gian của đồng hồ sinh học theo nhịp tuần tự liên tục. Nhưng nó chưa đủ sức thuyết phục.

Hall và Rosbash đã chỉ ra được PER được tạo ra trong nhân tế bào qua đêm, nhưng không biết vì sao nó xuất hiện ở đó.

Hình minh hoạ đơn giản hóa các nguyên tắc phản hồi của gene chu kỳ

Năm 1994, nhà khoa học Young đã phát hiện ra được 1 gene đồng hồ thứ 2 có thể giúp chứng minh giả thuyết của 2 nhà khoa học trên. Gene này được đặt tên là Timeless (vô hạn). Đây là gene mã hóa các protein TIM - protein có tác dụng giữ cho nhịp sinh học hoạt động bình thường.

Khi protein TIM nối với protein PER, chúng sẽ vào được nhân tế bào, ngăn hoạt động của gene thời kỳ để đóng vòng phản hồi ức chế, từ đó cho protein PER ngăn chặn sự tổng họp của chính nó và điều chỉnh nồng độ của nó theo nhịp tuần tự liên tiếp.

Sau đó, nhà khoa học Young phát hiện ra gene doubletime mã hóa các protein DBT làm trì hoãn sự tích tụ protein PER. Gene này cho thấy tần số dao động được kiểm soát chặt chẽ hơn theo chu kỳ 24 giờ. Điều này đã lý giải về sự dao động của đồng hồ sinh học hoạt động phù hợp với chu kỳ 24 giờ.

Trong những năm tiếp theo, các nhà khoa học đã tiếp tục phát hiện ra các thành phần phân tử khác của cơ chế đồng hồ sinh học, giải thích rõ tính năng ổn định và chức năng của nó.

Đóng góp của công trình nghiên cứu cho nền y học thế giới

Bác sĩ Paul Nurse - đồng chủ nhân giải Nobel Y học năm 2001, nhà di truyền học người Anh, cựu Chủ tịch Hội Hoàng gia và là giám đốc điều hành và là Giám đốc của Viện Francis Crick cho rằng, đồng hồ sinh học là quá trình sinh lý cơ bản cực kỳ quan trọng và phổ biến đối với tất cả các sinh vật, từ tảo đơn đến con người.

Nobel Y học năm nay vinh danh 3 tác giả sử dụng ruồi giấm để xác định các gene khi biển đổi làm thay đổi nhịp sinh học. Với sự bóc tách các gene di truyền, họ đã xác định được các thành phần sinh học của các gene, RNA và protein, đồng thời mô tả các quy tắc vận hành của đồng hồ sinh học.

Paul Nurse cho biết thêm, kết quả nghiên cứu này xứng đáng nhận được giải thưởng danh giá này bởi chính nó chỉ ra được kiến thức cơ bản về cuộc sống rất quan trọng. Mọi sinh vật sống trên hành tình này đều có phản ứng với mặt trời.

(Ảnh minh họa)

Tất cả thực vật và động vật đều vận hành theo chu kỳ sáng - tối. Chúng ta đều là nô lệ của mặt trời. Đồng hồ sinh học chính là yếu tố quyết định cơ chế hoạt động, sự trao đổi chất. Đây là cốt lõi để hiểu sự sống.

Thêm nữa, chúng ta ngày càng nhận thức được rõ ràng rằng có rất nhiều bệnh tật tấn công con người. Với thời đại kỹ thuận hiện đại, con người ngày càng tách rời nhịp sinh học, bởi chúng ta có thể đi qua nhiều vùng không gian ở những múi giờ khác nhau.

Thậm chí, chúng ta có thể sống trong một môi trường thiếu ánh sáng, điều này dẫn đến các hội chứng như say máy bay, thậm chí có thể gây ra nhiều hậu quả khác mà chúng ta không lường trước được.

Trước đó, các nhà nghiên cứu cũng đã tìm thấy bằng chứng phá vỡ nhịp sinh học bằng cách làm thêm giờ có thể tăng nguy cơ ung thư. Giả thuyết đặt ra rằng, tiếp xúc với ánh sáng nhân tạo vào ban đêm có thể làm giảm mức melatoninm, gây tổn hại cho tế bào.

Nghiên cứu về đồng hồ sinh học của cơ thể cũng phần nào giúp các nhà khoa học cải thiện sức khỏe. Nhiều loại thuốc hiện nay trên thị trường được khuyến cáo hoạt động tốt nhất khi dùng vào đúng thời điểm nhất định. Ví dụ, thuốc giảm cholesterol Mavacor được khuyến cáo nên dùng vào ban đêm vì lúc đó mức độ enzyme cao nhất.

Theo Nobelprize/Theguardian/Sciencedaily