Наши внутренние часы влияют на работу иммунной системы – новое открытие

Вся жизнь на Земле эволюционировала, чтобы приспособиться к постоянному вращению планеты и предсказуемой смене дня и ночи. Существуют определенные различия между растениями, грибами, бактериями и животными, однако биологические «часы», которые позволяют организму предвидеть изменения и подготовиться к ним, являются общей чертой.

У животных центр, контролирующий работу внутренних часов, находится в мозге: он реагирует на сигналы сетчатки, которые синхронизируются со светлым или темным временем суток. Но все клетки в организме также обладают собственными «часами». Поскольку эти биологические часы имеют цикл, близкий к 24 часам, их называют циркадными (от лат. circa «около, кругом», dies «день»).

Заложенные с древних времен циркадные механизмы подвергаются серьезным нарушениям из-за долговременного искусственного света, смены часовых поясов, посменного графика работы и т.д. Это приводит к проблемам со сном и здоровьем. В последнем исследовании с использованием лабораторных мышей ученые из Манчестерского университета обнаружили, что инфекции, попадающие в организм в разное время суток, приводят к заболеваниям разной степени тяжести.

Таким образом, ученые установили, что часы, работающие в клетках иммунной системы, отвечают за изменение реакции на бактериальную инфекцию. В частности, это касается макрофагов – клеток, которые поглощают и убивают бактерии. В ходе опыта стало понятно, что в разное время суток макрофаги по-разному реагируют на микробы. Отключение внутренних клеточных часов привело к появлению супермакрофагов («круглосуточных» макрофагов, как их назвали ученые), которые поглощали гораздо большее количество бактерий по сравнению с обычными.

Более пристальный взгляд на макрофаги показал, что «круглосуточные» клетки отличаются от обычных и по структуре белков, которые отвечают за их форму и необходимы для передвижения и поедания бактерий. Изменение внутренней архитектуры клетки, или цитоскелета, стало предметом исследований ученых.

Выяснилось, что циркадные часы макрофагов непосредственно контролируют компоненты цитоскелета и влияют на изменения в количестве его строительных блоков, а также в активности главного регулятора изменения цитоскелета – белка под названием RhoA.

RhoA активируется бактериальным контактом и заставляет макрофаги перемещаться и поглощать бактерии. Обнаружилось, что RhoA был активен в «круглосуточных» макрофагах, даже когда бактерий не было. Таким образом, всегда включенные в работу «круглосуточные» макрофаги быстрее реагируют на бактериальную атаку.

Чтобы узнать, как внутренние часы меняют поведение макрофагов, ученые исследовали небольшую группу белков, выработка которых сильно меняется в зависимости от времени суток. Так был выделен белок BMAL1, который является важной связью между временем суток и поведением макрофагов.

Почему это важно

Одной из основных проблем, стоящих перед современным миром, является растущая устойчивость бактерий к антибиотикам. В течение 30 лет не было создано ни одного нового класса антибиотиков. Бактериальная резистентность к антибиотикам означает, что все больше инфекций становятся неизлечимыми, а любая операция – более рискованной.

Поиск новых способов усиления защиты от бактерий является первоочередной задачей. Открытие цепи, связывающей время суток с защитой от бактерий, открывает новый путь к уменьшению зависимости от ограниченного диапазона существующих антибиотиков. Возможно, усилить естественную защиту от бактериальной инфекции удастся, «перепрограммировав» внутренние часы.

Функционирование циркадных ритмов может быть изменено в результате воздействия света, изменения времени приема пищи, генетических изменений в человеческой популяции и новых лекарств, способных регулировать эту систему. Одна из проблем, связанных с перепрограммированием внутренних часов, заключается в том, что воздействие на другие системы может быть широким, а последствия – трудно прогнозируемыми. Но краткосрочное вмешательство с целью повышения иммунитета к инфекции может принести пользу.

Изменение циркадного ритма людей из групп высокого риска, например, находящихся в больницах, путем контроля освещения и времени приема пищи способно повысить иммунитет и предотвратить внутрибольничные инфекции.