Allt liv på jorden har utvecklats för att hantera en roterande planet som resulterar i en förutsägbar övergång mellan dag och natt. Detaljerna skiljer sig mellan växter, svampar, bakterier och djur, men den konsekventa funktionen är en biologisk "klocka" som gör att organismen kan förutse förändringen och förbereda sig för den.
Hos djur är den centrala klockan som håller koll på natt och dag i hjärnan där den tar emot ljus från näthinnan för att hålla synkroniserad med ljuset eller mörkret. Men alla celler i kroppen har sina egna klockor. Eftersom dessa biologiska klockor har en cykel som är nära 24 timmar benämns de circadian ("circa" som betyder "ungefär" och dian, vilket betyder dag, från det latinska "dies").
Vi lever nu med billigt, starkt, artificiellt ljus, skiftarbete, sömnberövning och jet-lag - alla stora utmaningar för de forntida circadian kontrollmekanismerna i våra kroppar. Alla dessa dagliga och sömnutmaningar är associerad med sjukdom. Men i vår senaste studien, med möss, upptäckte vi att infektioner vid olika tidpunkter på dagen orsakar olika svårighetsgrader av sjukdomen.
Överraskande fann vi att klockan som tickade i immunsystemets celler var ansvarig för förändringen i respons på bakterieinfektion. I synnerhet specialiserade celler som kallas makrofager, som är stora celler som bryter upp och dödar bakterier.
En konstnärs intryck av en makrofag (blå) som sluter tuberkulosbakterier (röd). Kateryna Kon / Shutterstock
Makrofager, antingen växande i en maträtt eller i en mus, svarade annorlunda vid olika tider på dagen. Och att inaktivera klockan i dessa celler resulterade i supermakrofager, som rörde sig snabbare och åt mer bakterier än de normala makrofagerna.
Vi fann att "klockfria" makrofager skyddade möss från bakteriell infektion med många typer av bakterier. En närmare titt på makrofagerna avslöjade att cellerna såg annorlunda ut, med en stor förändring i de strukturella proteinerna som upprätthåller cellformen och behövs för cellrörelse och för att äta bakterier. Förändringen i cellens interna arkitektur, eller cytoskelett, blev ett fokus i våra studier.
Vi upptäckte att makrofagens dygnsklocka direkt kontrollerade komponenterna i cytoskeletten. Vi såg förändringar i mängden cytoskeletalt proteinbyggnadsblock, och även i aktiviteten hos en masterregulator för cytoskeletalt förändring. Denna masterregulator är ett protein som heter RhoA.
RhoA aktiveras av bakteriekontakt och driver makrofagen att flytta och konsumera bakterier. Vi fann att RhoA var aktiv i de klockfria makrofagerna, även när inga bakterier var närvarande. När bakterier kontaktade de normala makrofagerna blev RhoA aktiv, men det fanns ingen ytterligare förändring i de klockfria makrofagerna, eftersom RhoA redan var aktiv. Så de klockfria makrofagerna var alltid påslagen och så i stånd att svara på bakterieattacker snabbare.
För att ta reda på hur klockan förändrade makrofagernas beteende vände vi oss till kärnklockmekanismen. Detta omfattar en liten grupp proteiner som förändras i överflöd genom tiden, så att cellerna kan berätta tiden. Vi fann att en av dessa klockfaktorer, kallad BMAL1, var den väsentliga länken mellan klockan och makrofagbeteendet.
författaren förutsatt
Minska beroendet på antibiotika
En av de viktigaste problemen som den moderna världen står inför är bakteriens växande resistens mot antibiotika. Det har inte funnits några nya klasser av antibiotika på 30 år. Bakteriell resistens mot antibiotika innebär att vi har obehandlade infektioner och står inför en framtid där operationen kommer att bli mer riskfylld.
Att hitta nya sätt att förbättra försvaret mot bakterier är hög prioritet. Upptäckten av en krets som kopplar klockan till bakterieförsvar öppnar en ny väg för att minska vår beroende av det begränsade utbudet av befintliga antibiotika. Det kan vara möjligt att förbättra naturliga försvar mot bakterieinfektion genom att rikta in sig på klockan.
Funktionen av dygnsklockan kan ändras genom ljusexponering, genom att ändra måltiderna, genom genetisk variation i mänskliga populationer och med nya läkemedel som kan reglera detta system. Ett problem med att rikta in klockan med läkemedel är att påverkan på andra system kommer att vara bred och konsekvenserna svåra att förutsäga. Men kortvarig intervention för att öka immunitet mot infektion kan ge fördelar, till en låg kostnad.
På motsvarande sätt kan förstärkning av døgnrytmen hos människor med hög risk, till exempel på sjukhus, genom att kontrollera belysning och måltider, öka immuniteten och förhindra infektioner på sjukhus.
Om författaren
David Ray, professor i endokrinologi, University of Oxford och Gareth Kitchen, akademisk klinisk lektor och anestesiläkare, University of Manchester
Denna artikel publiceras från Avlyssningen under en Creative Commons licens. Läs ursprungliga artikeln.
Relaterade böcker:
Kroppen håller poängen: Hjärnans själ och kropp i läkningen av trauma
av Bessel van der Kolk
Den här boken utforskar sambanden mellan trauma och fysisk och mental hälsa, och erbjuder insikter och strategier för läkning och återhämtning.
Klicka för mer info eller för att beställa
Breath: The New Science of a Lost Art
av James Nestor
Den här boken utforskar vetenskapen och praktiken av andning, och erbjuder insikter och tekniker för att förbättra fysisk och mental hälsa.
Klicka för mer info eller för att beställa
Växtparadoxen: de dolda farorna i "hälsosam" mat som orsakar sjukdomar och viktökning
av Steven R. Gundry
Den här boken utforskar kopplingarna mellan kost, hälsa och sjukdomar, och erbjuder insikter och strategier för att förbättra övergripande hälsa och välbefinnande.
Klicka för mer info eller för att beställa
Immunitetskoden: Det nya paradigmet för verklig hälsa och radikal anti-aging
av Joel Greene
Den här boken erbjuder ett nytt perspektiv på hälsa och immunitet, som bygger på principer för epigenetik och erbjuder insikter och strategier för att optimera hälsa och åldrande.
Klicka för mer info eller för att beställa
Den kompletta guiden till fasta: läka din kropp genom intermittent, varannan dag och förlängd fasta
av Dr Jason Fung och Jimmy Moore
Den här boken utforskar vetenskapen och praktiken av fasta och erbjuder insikter och strategier för att förbättra övergripande hälsa och välbefinnande.
