Cơ chế di truyền: cách đồng hồ bên trong của chúng ta hoạt động

2024 Tác giả: Malcolm Clapton | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2023-12-17 04:15

Mọi người đã nghe nói về đồng hồ nội bộ, nhưng ít người biết chúng hoạt động như thế nào. Hai nhóm nhà khoa học đến từ Hoa Kỳ đã thực hiện các nghiên cứu quy mô lớn để tìm hiểu cách hoạt động của đồng hồ và tác dụng của chúng đối với cơ thể.

Trong suốt cả ngày, chúng ta lắng nghe tiếng "tích tắc" của đồng hồ bên trong cơ thể. Chính điều này đã đánh thức chúng ta vào buổi sáng và khiến chúng ta cảm thấy buồn ngủ vào ban đêm. Nó làm tăng và hạ nhiệt độ cơ thể của chúng ta vào đúng thời điểm, điều chỉnh việc sản xuất insulin và các hormone khác.

Đồng hồ bên trong cơ thể, chính là nhịp mà chúng ta cảm nhận được, còn được gọi là nhịp sinh học.

Những nhịp điệu này thậm chí còn ảnh hưởng đến suy nghĩ và cảm xúc của chúng ta. Các nhà tâm lý học nghiên cứu ảnh hưởng của chúng đối với não người bằng cách buộc các tình nguyện viên thực hiện các bài kiểm tra nhận thức vào các thời điểm khác nhau trong ngày.

Hóa ra buổi sáng là thời điểm tốt nhất để thực hiện các công việc đòi hỏi não bộ phải đa nhiệm. Nếu bạn cần lưu giữ nhiều lớp thông tin trong đầu cùng một lúc và xử lý dữ liệu này kịp thời, bạn nên bắt đầu làm việc vào đầu ngày. Nhưng nửa sau của ngày rất thích hợp để xử lý các công việc đơn giản và dễ hiểu.

Nhịp điệu tuần hoàn có tác động rất lớn đến những người bị trầm cảm hoặc rối loạn lưỡng cực. Những người có những vấn đề này không ngủ ngon và cảm thấy muốn uống rượu trong suốt cả ngày. Một số bệnh nhân sa sút trí tuệ trải qua một “hiệu ứng hoàng hôn” đặc biệt: vào cuối ngày họ trở nên hung hãn hoặc mất hút trong không gian và thời gian.

Huda Akil, nhà khoa học thần kinh tại Đại học Michigan cho biết: “Chu kỳ ngủ và hoạt động là một phần quan trọng của bệnh tâm thần. Do đó, các nhà khoa học thần kinh đang vật lộn để tìm hiểu cách hoạt động của đồng hồ bên trong và tác động của chúng lên não bộ của chúng ta. Nhưng các nhà nghiên cứu không thể chỉ mở hộp sọ và theo dõi các tế bào hoạt động suốt ngày đêm.

Vài năm trước, Đại học California đã hiến tặng những bộ não để nghiên cứu, chúng được bảo quản cẩn thận sau khi người hiến qua đời. Một số trong số họ chết vào sáng sớm, những người khác vào buổi chiều hoặc đêm. Tiến sĩ Akil và các đồng nghiệp của bà đã quyết định nghiên cứu xem một bộ não này có khác với não khác hay không và liệu sự khác biệt có phụ thuộc vào thời điểm người hiến tặng qua đời hay không.

Tiến sĩ Akil nói: “Có thể phỏng đoán của chúng tôi có vẻ đơn giản đối với bạn, nhưng vì lý do nào đó mà không ai nghĩ đến nó trước đây.

Cô và các đồng nghiệp đã chọn mẫu não từ 55 người khỏe mạnh đã chết trong một tai nạn bất ngờ, chẳng hạn như tai nạn xe hơi. Từ mỗi bộ não, các nhà nghiên cứu lấy mẫu mô từ những thùy chịu trách nhiệm về học tập, trí nhớ và cảm xúc.

Vào thời điểm người hiến tặng qua đời, các gen trong tế bào não đã tích cực mã hóa một loại protein. Nhờ thực tế là bộ não nhanh chóng được bảo quản, các nhà khoa học có thể đánh giá hoạt động của các gen tại thời điểm chết.

Hầu hết các gen mà các nhà nghiên cứu đã kiểm tra không cho thấy bất kỳ mô hình nào trong hoạt động của chúng suốt cả ngày. Tuy nhiên, hơn 1.000 gen cho thấy một chu kỳ hoạt động hàng ngày. Bộ não của những người chết vào cùng một thời điểm trong ngày cho thấy các gen hoạt động giống nhau.

Các mô hình hoạt động gần như giống hệt nhau, đến mức chúng có thể được sử dụng như một dấu thời gian. Gần như không thể nhầm lẫn được để xác định một người chết vào thời điểm nào, nhờ vào phép đo hoạt động của các gen này.

Sau đó, các nhà nghiên cứu đã kiểm tra não của những người hiến tặng bị trầm cảm lâm sàng. Ở đây, dấu ấn thời gian không chỉ bị đánh sập: có vẻ như những bệnh nhân này sống ở Đức hoặc ở Nhật Bản, nhưng không phải ở Hoa Kỳ.

Kết quả của công việc đã thực hiện được công bố vào năm 2013. Các nhà nghiên cứu tại Đại học Pittsburgh đã lấy cảm hứng từ chúng và cố gắng tái tạo thí nghiệm.

Nhà thần kinh học Colleen McClung cho biết: “Trước đây chúng tôi không thể nghĩ đến một nghiên cứu như thế này. Tiến sĩ McKlang và các đồng nghiệp của bà đã có thể kiểm tra 146 mẫu não từ chương trình hiến tặng của trường đại học. Kết quả của cuộc thử nghiệm đã được công bố khá gần đây.

Nhưng nhóm của Tiến sĩ McClang không chỉ có thể lặp lại kết quả của thí nghiệm trước đó mà còn thu được dữ liệu mới. Họ đã so sánh các mô hình hoạt động gen trong não của người trẻ và người già và tìm thấy một sự khác biệt thú vị.

Các nhà khoa học hy vọng sẽ tìm ra câu trả lời cho câu hỏi: tại sao nhịp sinh học của con người thay đổi khi họ già đi? Rốt cuộc, khi con người già đi, hoạt động giảm và nhịp điệu thay đổi. Tiến sĩ McClang phát hiện ra rằng một số gen hoạt động mạnh nhất trong chu kỳ hàng ngày đã không còn được sử dụng ở độ tuổi 60.

Có thể một số người lớn tuổi ngừng sản xuất protein cần thiết để duy trì hoạt động của đồng hồ bên trong.

Ngoài ra, các nhà nghiên cứu cũng ngạc nhiên khi phát hiện ra rằng một số gen chỉ có trong công việc hàng ngày tích cực ở tuổi già. Tiến sĩ McClang cho biết: “Có vẻ như bộ não đang cố gắng bù đắp cho sự ngừng hoạt động của một số gen do hoạt động của những gen khác bằng cách kích hoạt thêm đồng hồ. Có lẽ khả năng tạo nhịp sinh học dự trữ của não là một biện pháp bảo vệ chống lại các bệnh thoái hóa thần kinh.

Việc chuyển sang đồng hồ bên trong dự phòng có thể được các bác sĩ sử dụng để điều trị chứng rối loạn nhịp sinh học. Các nhà nghiên cứu hiện đang thử nghiệm với các gen động vật và cố gắng tìm hiểu cách các gen của đồng hồ bên trong được kích hoạt và tắt đi.

Nói cách khác, các nhà khoa học lắng nghe tiếng “tích tắc” và muốn hiểu: bộ não đang muốn nói với chúng ta điều gì?