Když letos dostali Nobelovu cenu za lékařství objevitelé mechanismu našich vnitřních „biologických hodin“, napadlo i několik novinářů v publiku, proč by právě takový objev měl být považovaný za „veliký přínos lidstvu“ v oboru medicíny. Co se s takovou znalostí dá rozumného pro pacienty udělat?
Jak fungují vnitřní hodinyŽe je pozemský život přizpůsoben délce pozemského dne, víme už staletí. Již během 18. století si astronom Jean Jacques d’Ortous de Mairan všiml, že mimózy během dne otevírají listy, aby přijímaly sluneční záření, a za soumraku je zase zavírají. Přemýšlel, co se stane, kdyby rostlina byla umístěna v neustálé temnotě, a když to vyzkoušel, zjistil, že nezávisle na denním slunečním světle listy pokračovaly ve svém každodenním rituálu, dokud rostlina nezašla. Zdálo se, že rostliny mají vlastní biologické hodiny. Postupně se ukázalo, že také další organismy, včetně lidí, mají vnitřní biologické hodiny, které jim pomáhají předvídat a přizpůsobovat se pravidelnému rytmu dne. Pro jev se začal používat výraz cirkadiánní rytmy, ze složeniny latinských výrazů circa (kolem) a dies (den), tedy v podstatě „celodenní“. Samozřejmě v 18. století neexistovaly postupy, které by umožnily přesně určit, jak celý mechanismus funguje. To do značné míry dokázali až letošní laureáti Nobelovy ceny za lékařství pro rok 2017: Jeffrey Hall, Michael Rosbash a Michael Young. Využili objevu ze 70. let, který ukázal, že porucha jednoho určitého genu - nazvaného period - normální denní biologický rytmus narušuje. Hall, Rosbash a Young společně ukázali, že podle tohoto genu se vytváří v buňce látka (bílkovina PER), která se během noci akumuluje a během dne se pak znovu rozkládá. Její množství v buňce tedy kolísá přesně podle obrazu našeho denního rytmu. Hall a Rosbash v dalším velmi elegantním pokusu ukázali, že celý mechanismus funguje opačně, než by se na pohled zdálo: podle genu period vyráběná bílkovina PER je určená k tomu, aby „brzdila“ funkci svého mateřského genu. Ve spojení s další důležitou bílkovinou tlumí činnost genu period během dne a nechává ho naplno pracovat v noci, kdy potřebujeme odpočívat. Michael Young pak v další práci našel ještě další gen, nazvaný doubletime. Podle něj se vyrábí látka, která zase reguluje množství bílkoviny PER. Slouží k „dolaďování“ rytmu tak, aby přesněji odpovídal 24hodinovému dni. |
Odborníci obratem vysvětlovali, že možných využití objevu je celá řada a některá z nich by si laik asi ani nedovedl představit. O pár týdnů později pak toto tvrzení opravdu překvapivě a výstižně doložila práce zveřejněná v časopise Science Translational Medicine.
Skupina vědců z Cambridge a Manchesteru totiž ukázala, že - a také proč - chod našich vnitřních hodiny výrazně ovlivňuje i to, jak se nám léčí běžná ranění. Vliv je to nečekaně výrazný - v noci způsobené popáleniny se podle statistik, do kterých se autoři podívali, hojí prakticky dvakrát déle než popáleniny ze dne. Denní doba tu asi nebude jediný faktor, ale rozhodně je dost veliký, aby to stálo za další zkoumání - a časem i jako inspirace pro přístup k pacientům.
Ale to začínáme od konce. Prvotní výzkum autorů se totiž netýkal přímo lidských pacientů, ale odehrál se v laboratorní misce. Věnovali se výzkumu fibroblastů, což jsou vazivové buňky, které hrají zásadní roli právě při hojení ran. Jsou „roztroušené“ prakticky po celém těle a mohou zaskočit tam, kde jsou právě zapotřebí.
Ale stejně jako zbytek našeho těla mají i období aktivity a naopak útlumu. To není úplně nové zjištění, všimly si toho i jiné skupiny - a ty už také naznačily, že by mohlo jít o důležitý faktor v léčbě zranění (viz práce z roku 2012). Britské skupině se ovšem podařilo ukázat, že roli skutečně hrají „hodiny“ přímo v jednotlivých buňkách, které ovlivňují jejich aktivitu. Nejde tedy jen o centrálně řízený systém, fibroblasty si také hlídají čas a podle něj řídí svou aktivitu.
Pečlivé sledování hladiny jednotlivých buňkou vyráběných bílkovin totiž ukázalo, že jejich produkce je výrazně vyšší během „aktivní fáze“. A protože některé z těchto látek buňce umožňují opravárenskou činnost, dalo se rozumně předpokládat, že denní doba by měla ovlivnit také rychlost hojení ran. Pokusy s buňkami v Petriho misce to potvrdily - fibroblasty rychleji zareagovaly, pokud zrovna měly den. Ke „zranění“ v té době doputovalo dvakrát více fibroblastů než během noci. Dává to i evoluční smysl: během noci příliš mnoho zranění neutrpíme, a tak je rozumné šetřit energií i na „opravárenském“ systému.
Vnitřní struktura fibroblastů na 3D modelu vytvořeném „obarvením“ skutečných předloh: žlutě jsou mitochondrie, zelená jsou buněčná jádra. Červeně pak je vyznačený tzv. cytoskelet, což je systém bílkovinových vláken a tubulů, který slouží jako vnitřní transportní systém buňky, její opora a k řadě dalších funkcí. Speciálně fibroblastům také umožňuje dostat se na místo zranění, kde jsou zapotřebí, a pokud tedy cytoskelet je v noci „vypnutý“, celá buňka plní svou funkci liknavěji.
Ještě překvapivější ovšem je, že tento efekt přetrvává zřejmě dosti dlouhou dobu. Autoři se totiž rozhodli svůj předpoklad porovnat se záznamy historické databáze popálenin britských pacientů. Popáleniny si vybrali proto, že databáze pečlivě uvádí u všech dobu, kdy ke zranění došlo. Podle výsledků lékaři označili popáleniny ze dne za vyléčené (přesně z 95 procent) v průměru o celých jedenáct dní dříve než ty „noční“.
To není samozřejmě jasný důkaz, protože ve hře mohou být i další vlivy. Pacienti, kteří přijdou s popáleninami v noci, budou nepochybně v průměru například mnohem častěji opilí, pod vlivem drog atp., a to mohlo mít vliv na samotné zranění, možná i následnou léčbu. Lze si prostě představit i jiné důvody, proč by to tak mělo být. Ale studie britských vědců je zajímavá právě proto, že není založena jen na jedné statistické souvislosti, ale na laboratorních modelech ukazuje, proč by taková souvislost mohla být důležitá.
Pokud se opravdu ukáže, že na zjištění něco je - a vypadá to zatím slibně - nabízí se celá řada možností, jak objev využít v praxi. Může jít o tak jednoduché věci jako plánování operací na vhodnou dobu (třeba i podle toho, jestli je pacient „sova“ nebo „skřivan“). Možná by také mohlo být možné ovlivnit rychlost hojení vhodnou volbou osvětlení v nemocnicích, respektive na příslušných odděleních. Na delší vývoj je pak například zavedení přípravků, které buňky v místě zranění přesvědčí, že je čas vstávat a pustit se do práce. Inu, hrátky s biologickými hodinami mohou být nejen zajímavé, ale také prospěšné.
