नोबेल विजेताओं ने सर्कैडियन लय पर प्रकाश डाला

हॉल ने कहा, "यहां का चौथा पुरस्कार विजेता है ... छोटी मक्खी।" लिन केचम / फ़्लिकर के माध्यम से छवि।

कैरी एल। पार्थ, कैलिफोर्निया विश्वविद्यालय, सांताक्रूज़ द्वारा

जब हम अपने जीवन को पृथ्वी के दिन या रात के चक्र के साथ समय-समय पर गुदगुदाते रहते हैं, तो सर्कैडियन लय नियंत्रित करते हैं। इस साल के भौतिक विज्ञान या चिकित्सा में नोबेल पुरस्कार तीन अमेरिकी वैज्ञानिकों, जेफरी हॉल और ब्रैंडेयिस विश्वविद्यालय के माइकल रोसबाश और रॉकफेलर विश्वविद्यालय के माइकल यंग को प्रदान किया गया था, हमारे स्वयं के शरीर सहित जैविक प्रणालियों में प्रत्येक दिन कैसे समय मापा जाता है, इस पर प्रकाश डालने के लिए।

गैलापागोस द्वीप पर डार्विन के फ़िनिश से लेकर आधुनिक शहर के निवासी, जीव-जंतु अपने पर्यावरण के अनुकूल हैं। पृथ्वी पर दिन और रात के नियमित 24-घंटे चक्रों ने जैविक घड़ियों के विकास को जन्म दिया जो हमारी कोशिकाओं के भीतर रहते हैं। ये घड़ियाँ हमें अनजाने में आराम करने, भोजन की खोज करने, या खतरे या पूर्वानुमान की आशा करने में सबसे अच्छा समय देने में मदद करती हैं।

आधुनिक सर्कैडियन जीव विज्ञान के क्षेत्र को इसकी शुरुआत 1970 के दशक में हुई, जब आनुवंशिकीविद सेमोर बेनज़र और उनके छात्र रॉन कोनोपका ने फल मक्खियों में जैविक समय को सांकेतिक शब्दों में बदलने वाले जीन को ट्रैक करने के लिए एक क्रांतिकारी अध्ययन किया। उनके दर्शनीय स्थलों में उस जीन के साथ, हॉल, रोसबाश और यंग की प्रयोगशालाओं ने सर्कैडियन जीव विज्ञान के आणविक युग की शुरुआत की, क्योंकि वे जैविक समयपालन के आणविक तंत्रों से जुड़े नहीं थे।

ड्रोसोफिला लार्वा प्रारंभिक सर्कैडियन घड़ी अनुसंधान के लिए प्रयोगशाला विषय थे। IrinaK / Shutterstock.com के माध्यम से छवि।

क्यों उड़ता है?

आरंभ करने के लिए, बेनज़र और कोनोपका ने एक सरल प्रयोग किया: ट्रैकिंग जब फल मक्खी ड्रोसोफिला मेलानोगास्टर अपने पुतली के मामले से निकलती। सर्कसियन लय की जटिल जैविक प्रक्रिया का अध्ययन करने के लिए इस विकासात्मक प्रक्रिया, जिसे एक्लोसियन कहा जाता है, एक शक्तिशाली उपकरण के रूप में कार्य करती है। क्योंकि ड्रोसोफिला प्यूपा दिन के एक विशिष्ट समय में ही उभरता है, कोनोपका मक्खियों के विभिन्न उपभेदों के लिए ग्रहण के दौर के बीच के समय को माप सकता है और उन लोगों की पहचान कर सकता है जिनके पास एक बुरी घड़ी थी। समय की समस्याओं के साथ मक्खी के उपभेदों को अलग करके, उन्होंने इस आंतरिक घड़ी को नियंत्रित करने वाले प्रासंगिक जीन पर शून्य करने में सक्षम होने की उम्मीद की।

अंत में, कोनोपका ने तीन उत्परिवर्ती उपभेदों को पाया: एक जो छोटा था, 19-घंटे का दिन; एक लंबे, 28 घंटे के दिन के साथ; और एक उत्परिवर्ती जिसके पास कोई घड़ी नहीं थी। आनुवंशिक उपकरणों का उपयोग करते हुए, वह यह दिखाने में सक्षम था कि प्रत्येक जिम्मेदार उत्परिवर्तन एक ही गुणसूत्र पर उल्लेखनीय रूप से बंद है, यह सुझाव देते हुए कि वे सभी एक ही जीन के भीतर स्थित थे, जिसे बेन्ज़र और कोनोपका ने घड़ी के समय पर अपने स्पष्ट नियंत्रण के लिए अवधि का नाम दिया।

तब दौड़ जारी थी, और 1984 में, दो टीमों ने आखिरकार मक्खियों में इस तथाकथित घड़ी जीन की अवधि की पहचान की: जेफरी हॉल और माइकल रोस्बाश की प्रयोगशालाओं ने ब्रांडीस में निकट सहयोग में काम किया, और रॉकफेलर में माइकल यंग की प्रयोगशाला।

हाथ में जीन के साथ, इन समूहों ने तब यह पता लगाने का लक्ष्य रखा कि एक जैविक घड़ी में कैसे अवधि फिट होती है। पहला सुराग तब मिला जब जेफरी हॉल और माइकल रोसबाश ने यह पाया कि इस जीन द्वारा एन्कोड किया गया प्रोटीन (पेर कहा जाता है) रात के दौरान बढ़ गया और दिन के दौरान कम हो गया, यह सुझाव देते हुए कि प्रोटीन का स्तर किसी भी तरह सेल के बाकी हिस्सों में समय की जानकारी का संचार कर सकता है।

जैविक छोरों और टाइमर

यदि आप सिर्फ कल्पना करते हैं कि एक जैविक घड़ी एक दिन में सबसे अच्छा समय कैसे रख सकती है, तो आप एक घंटे के टाइमर की मानसिक तस्वीर पर कूद सकते हैं। रेत धीरे-धीरे समय के साथ गायब हो जाती है; जब सभी रेत चली जाती है, तो यह प्रक्रिया को फिर से शुरू करने के लिए संकेत दे सकता है। क्या वह पदार्थ जो दिन भर धीरे-धीरे बदलकर जैविक समय को बनाए रखता था?

एक प्रमुख अंतर्दृष्टि तब मिली जब हॉल और रोसबाश ने तर्क दिया कि यह प्रति प्रोटीन वास्तव में अवधि जीन की गतिविधि को अवरुद्ध कर सकता है, प्रत्येक दिन खुद को बंद कर सकता है। प्रति के स्तर के रूप में रात के निर्माण के दौरान, कम और कम नए प्रति प्रोटीन बनाया जाएगा। अंततः प्रोटीन का स्तर कम हो जाता है और प्रक्रिया फिर से शुरू हो जाती है। इसे नकारात्मक प्रतिक्रिया पाश कहा जाता है। यह एक ही प्रकार का जैविक संतुलन अधिनियम है, जो आपके रक्त शर्करा के स्तर से लेकर आपके संपूर्ण सर्कैडियन लय तक आपके पूरे शरीर में मौजूद रहता है।

इस तरह की नकारात्मक प्रतिक्रिया प्रणाली एक थर्मोस्टैट एक कमरे के तापमान को कैसे नियंत्रित करती है, इसके समान है। यदि तापमान सेट बिंदु से नीचे चला जाता है, तो थर्मोस्टैट हीटर को चालू करता है। जब कमरे में बहुत अधिक टोस्ट हो जाता है, तो थर्मोस्टैट भट्ठी को बंद कर देता है। यहां, नकारात्मक प्रतिक्रिया heat हीट का एक बिल्डअप हीटर को नियंत्रित करने और एक निरंतर तापमान बनाए रखने के लिए काम करता है।

अब कल्पना करें कि इस प्रक्रिया को लगभग सटीक समय के साथ हर दिन और फिर से दोहराएं। जैविक घड़ियां घड़ी प्रोटीन से नकारात्मक प्रतिक्रिया का उपयोग करती हैं जैसे कि प्रत्येक 24 घंटों में खुद को फिर से चालू और बंद करने की अवधि । यंग लैब में किए गए अतिरिक्त अध्ययनों ने अन्य प्रमुख जीनों की पहचान की, जिन्हें टाइमलेस और डबल-टाइम lab करार दिया गया, जो इस पहेली में फिट होते हैं कि कैसे प्रति दिन सेल के चारों ओर यात्रा करने से पीएआर स्वयं को बंद कर देता है।

टुकड़े टुकड़े, हमारे रहने की घड़ी के जैविक तंत्र को समझने के लिए शुरू। विलियम वारबी के माध्यम से छवि।

आणविक घड़ियों में एक साथ cogs फिटिंग

पिछले दो दशकों में काम ने सर्कैडियन लय की बहुत गहरी समझ को दर्शाया है कि कैसे ड्रोसोफिला के समान फीडबैक लूप के आधार पर अधिकांश जीवों में घड़ियां होती हैं। रोसबाश लैब ने पीएएस डोमेन के रूप में ज्ञात पेर प्रोटीन के एक हिस्से की पहचान की जो अब हम कवक और पौधों से मनुष्यों के लिए कई घड़ी प्रोटीन में पाते हैं। नकारात्मक प्रतिक्रिया लूप को नियंत्रित करने के लिए पीएएस डोमेन प्रति जोड़ी की तरह घड़ी प्रोटीन की मदद करते हैं।

ड्रोसोफिला और चूहों के प्रति पीएएस डोमेन की संरचनाओं में अंतर की तुलना करके, वैज्ञानिक अब यह जानना शुरू कर रहे हैं कि आणविक घड़ी के प्रोटीन proteincogs कैसे समय बताने के लिए एक साथ फिट होते हैं। इस तरह परमाणु संकल्प पर सर्कैडियन लय को समझना हमें यह समझाने की अनुमति देता है कि कैसे घड़ी की समयावधि में परिवर्तन के लिए प्रति नेतृत्व में नए पहचाने गए उत्परिवर्तन होते हैं और चिकित्सीय के लिए दरवाजा खोलते हैं जो मानव स्वास्थ्य को बेहतर बनाने के लिए सर्कैडियन लय की शक्ति का दोहन कर सकते हैं।

अपनी घड़ी और इसकी प्राकृतिक लय के साथ जीना

अब हमें केंद्रीय भूमिका के लिए बहुत अधिक सराहना मिली है कि सर्कैडियन लय पृथ्वी के दिन के साथ हमारे जीवन के समन्वय में खेलते हैं, जो आपके चयापचय से नींद के समय तक सब कुछ नियंत्रित करते हैं। यंग्स लैब ने हाल ही में एक मानव घड़ी जीन, क्रिप्टोक्रोम 1 में एक प्रचलित म्यूटेशन की पहचान की है, जो सेलुलर घड़ी को लंबा करता है और आधी रात से पहले बिस्तर पर आना मुश्किल बनाता है। यह विरासत में मिला "रात का उल्लू" जीन हमारे बारे में 75 में से 1 में पाया गया, बहुत आम माना जाता है।

सर्कैडियन लय द्वारा जीव विज्ञान के शक्तिशाली विनियमन को समझने से नीति में दूरगामी परिवर्तन होने लगे हैं। उदाहरण के लिए, मनमाने ढंग से हमारे नींद के कार्यक्रम को दिनचर्या में शामिल करने के लिए मजबूर करने के बजाय, जो सुबह जल्दी उठने की आवश्यकता होती है, कुछ शोधकर्ता दिखा रहे हैं कि हमारे प्राकृतिक ताल को फिट करने के लिए हमारे कार्यक्रम को समायोजित करना काम और स्कूल में भुगतान कर सकता है। यह किशोरों के लिए विशेष रूप से सच है, जिनके पास एक प्राकृतिक "नाइट उल्लू" प्रवृत्ति है - केवल एक घंटे तक स्कूल शुरू करने में देरी होने से शैक्षणिक प्रदर्शन में काफी सुधार हो सकता है।

विज्ञान अब सर्कैडियन घड़ियों की हमारी समझ के साथ बहुत दूर है, जो शोधकर्ताओं ने हमारे जीव विज्ञान को ध्यान में रखते हुए काम और नींद कार्यक्रम को अनुकूलित करने के लिए काम कर रहे हैं। और इन सभी नीतिगत नवाचारों को नोबेल पुरस्कार विजेता अनुसंधान की नींव पर बनाया गया है।

कैरी एल। पार्थ, फिजिकल एंड बायोलॉजिकल साइंसेज के एसोसिएट प्रोफेसर, कैलिफोर्निया विश्वविद्यालय, सांता क्रूज़

यह आलेख मूल रूप से वार्तालाप पर प्रकाशित हुआ था। मूल लेख पढ़ें।