Όλοι οι ζωντανοί οργανισμοί στον πλανήτη έχουν εξελιχθεί προσαρμοζόμενοι στην περιστροφή της γης γύρω από τον ήλιο και την εναλλαγή ημέρας και νύχτας. Ο κάθε οργανισμός έχει προσαρμοστεί με δικό του τρόπο, ωστόσο μία κοινή συνιστώσα ανάμεσα στα φυτά, τα βακτήρια, τους μύκητες, τα ζώα και τον άνθρωπο είναι το βιολογικό ρολόι που επιτρέπει στον οργανισμό να προετοιμάζεται κατάλληλα για την εναλλαγή αυτή.

Στα ζώα και τον άνθρωπο, το κεντρικό ρολόι που παρακολουθεί τις εναλλαγές ημέρας-νύχτας βρίσκεται στον εγκέφαλο και χρησιμοποιεί της πληροφορίες που λαμβάνει από τους οφθαλμούς για να συγχρονιστεί με το φως και το σκοτάδι. Ωστόσο, κάθε κύτταρο του οργανισμού έχει ένα δικό του βιολογικό ρολόι 24 ωρών.

Ο σύγχρονος τρόπος ζωής περιλαμβάνει πλέον αρκετές πηγές τεχνητού φωτός, εργασία σε νυχτερινές βάρδιες, μειωμένη διάρκεια ύπνου και jet lag, παράγοντες οι οποίοι μπορούν στο σύνολό τους να επηρεάσουν τον κιρκαδικό ρυθμό. Όλοι οι παραπάνω παράγοντες έχουν συνδεθεί με μία σειρά παθήσεων. Μία πρόσφατη έρευνα που εξέτασε πειραματόζωα, διαπίστωσε ότι μία λοίμωξη μπορεί να έχει διαφορετική βαρύτητα ανάλογα με την ώρα που συμβαίνει η μόλυνση με το εκάστοτε παθογόνο.

Όπως διαπίστωσαν οι ερευνητές, το βιολογικό ρολόι των κυττάρων του ανοσοποιητικού συστήματος είναι αυτό που ευθύνεται για την αλλαγή της απόκρισης στις βακτηριακές λοιμώξεις. Συγκεκριμένα, τα κύτταρα που επηρεάζουν περισσότερο τον παραπάνω μηχανισμό είναι τα μακροφάγα, τα οποία έχουν την ικανότητα να φαγοκυτταρώσουν και να καταστρέψουν τα βακτήρια.

Τα μακροφάγα, όταν εξετάστηκαν στα ποντίκια, αλλά και σε καλλιέργειες κυττάρων, είχαν διαφορετική απόκριση στις βακτηριακές λοιμώξεις σε διάφορες ώρες της ημέρας. Η απενεργοποίηση του βιολογικού ρολογιού στα κύτταρα αυτά είχε ως αποτέλεσμα τη δημιουργία υπερ-μακροφάγων τα οποία μπορούσαν να κινηθούν ταχύτερα και να καταστρέψουν περισσότερα βακτήρια σε σχέση με τα φυσιολογικά μακροφάγα.

Οι επιστήμονες παρατήρησαν ότι τα μακροφάγα που δεν είχαν βιολογικό ρολόι προστάτευαν τα ποντίκια από βακτηριακές λοιμώξεις που αποδίδονται σε περισσότερα είδη βακτηρίων. Εξετάζοντας πιο προσεκτικά τα μακροφάγα, οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι τα κύτταρα αυτά είχαν διαφορετική μορφή και είχαν υποστεί σημαντικές αλλαγές στις δομικές πρωτεΐνες που διατηρούν το σχήμα του κυττάρου και επηρεάζουν τόσο την κινητικότητα του κυττάρου, όσο και την ικανότητά του να καταστρέφει τα βακτήρια. Κατά συνέπεια, οι επιστήμονες αποφάσισαν να επικεντρωθούν περισσότερο στις αλλαγές που συμβαίνουν στον εσωτερικό σκελετό του κυττάρου (κυτταροσκελετός).

Αυτό που διαπίστωσαν ήταν ότι το βιολογικό ρολόι του μακροφάγου ήταν αυτό που ρύθμιζε τα συστατικά του κυτταροσκελετού. Σημειώθηκαν αλλαγές τόσο στην ποσότητα των δομικών πρωτεϊνών του κυτταροσκελετού, όσο και στη δραστηριότητα της πρωτεΐνης RhoA, η οποία αποτελεί μείζονα ρυθμιστή των αλλαγών του κυτταροσκελετού.

Η πρωτεΐνη RhoA ενεργοποιείται από την επαφή με τα βακτήρια και ουσιαστικά είναι αυτή που ωθεί τα μακροφάγα να κινηθούν και να φαγοκυτταρώσουν τα βακτήρια. Όπως διαπίστωσαν οι επιστήμονες, η πρωτεΐνη RhoA ήταν ενεργή στα μακροφάγα που δεν είχαν βιολογικό ρολόι ακόμα και επί απουσίας βακτηρίων. Στα φυσιολογικά μακροφάγα, η παρουσία βακτηρίων ενεργοποιούσε την πρωτεΐνη RhoA, ωστόσο στα μακροφάγα που δεν είχαν βιολογικό ρολόι η παρουσία τωνβακτηρίων δεν προκαλούσε κάποια μεταβολή καθώς η RhoA ήταν ήδη ενεργοποιημένη. Ως αποτέλεσμα, τα τελευταία μακροφάγα ήταν συνεχώς ενεργά και μπορούσαν να αποκριθούν ταχύτερα στους βακτηριακούς εισβολείς.

Θέλοντας να εξετάσουν πως επηρεάζεται η συμπεριφορά των μακροφάγων από το βιολογικό ρολόι, οι επιστήμονες εξέτασαν τον κύριο μηχανισμό του ρολογιού αυτού. Ο μηχανισμός αυτός περιλαμβάνει ένα μικρό αριθμό πρωτεϊνών των οποίων ο πληθυσμός μεταβάλλεται με το χρόνο, γεγονός που επιτρέπει στα κύτταρα να αντιλαμβάνονται την έννοια του χρόνου. Μία από τις πρωτεΐνες αυτές, η BMAL1, ήταν ουσιαστικά ο κρίκος που συνέδεε το βιολογικό ρολόι με τη συμπεριφορά των μακροφάγων.

Περιορίζοντας την Εξάρτηση από τα Αντιβιοτικά

Ένα από τα σημαντικότερα προβλήματα των ημερών μας είναι η συνεχώς αυξανόμενη ανθεκτικότητα των βακτηρίων στα αντιβιοτκά. Τα τελευταία 30 χρόνια δεν έχει ανακαλυφθεί καμία νέα τάξη αντιβιοτικών. Η ανθεκτικότητα των βακτηρίων στα φάρμακα αυτά σημαίνει ότι στο προσεχές μέλλον θα πρέπει να αντιμετωπίσουμε λοιμώξεις για τις οποίες δεν υπάρχουν φάρμακα, ενώ και οι χειρουργικές επεμβάσεις θα γίνουν πιο επικίνδυνες.

Η αναζήτηση νέων μεθόδων για την ενίσχυση του οργανισμού μας απέναντι στα βακτήρια αποτελεί επομένως προτεραιότητα. Η ανακάλυψη ενός συστήματος που συνδέει το βακτηριακό ρολόι με τη άμυνα του οργανισμού απέναντι στα βακτήρια ανοίγει ένα νέο δρόμο μέσω του οποίου μπορεί να περιοριστεί η εξάρτησή μας από τα αντιβιοτικά. Μία μελλοντική προσέγγιση θα είναι πιθανώς η στόχευση του βιολογικού ρολογιού για την ενίσχυση της άμυνας του οργανισμού απέναντι στα βακτήρια.

Το βιολογικό ρολόι μπορεί να τροποποιηθεί μέσω της έκθεσης στο ηλιακό φως, της αλλαγής ώρας των γευμάτων, αλλά και μέσω νέων φαρμάκων που θα στοχεύουν το σύστημα αυτό, όπως υποστήριξαν οι επιστήμονες. Ένα πρόβλημα από τα φάρμακα που στοχεύουν το βιολογικό ρολόι είναι ότι οι επιδράσεις τους πιθανώς θα είναι συστηματικές, επομένως θα είναι δύσκολο να προβλεφθεί ποιες θα είναι οι ανεπιθύμητες ενέργειές τους.

Η ενίσχυση του βιολογικού ρολογιού σε ασθενείς που διατρέχουν αυξημένο κίνδυνο λοιμώξεων, όπως για παράδειγμα οι νοσηλευόμενοι, μέσω ελέγχου της έκθεσης στο ηλιακό φως και της ώρας των γευμάτων, μπορεί να ισχυροποιήσει το ανοσοποιητικό σύστημα και να προστατεύσει τον ασθενή από τις νοσοκομειακές λοιμώξεις, κατέληξαν οι επιστήμονες.

Βιβλιογραφία: The Conversation