Nobel-2017. Biologik soat mexanizmi. Sirkada ritmlarining molekulyar mexanizmlarini kashf qilgan olimlar Nobel mukofotiga sazovor bo’lishdi.

Yerdagi hayot sayyoramizning o‘z o‘qi atrofida ayanishi jarayoniga qat’iy moslashgan. Ilm-fanda ko‘p yillardan beri ma’lumki, Yerdagi barcha tirik organizmlar, shu jumladan odam ham, kundalik muntazam ritmga moslashgan ichki biologik soatlarga egadir. Ushbu biologik soat, tirik organizmning kun va tun almashinishi natijasida yuz beradigan tashqi omillarga tayyorlanishi va moslashishini nazorat qiladi. Biologik soat ilm-fanda ancha yillardan buyon ma’lum mexanizm bo‘lsa-da, lekin olimlar uning qanday ishlashini aniqlashganiga hali uncha ko‘p bo‘lgani yo‘q. Ushbu, 2017-yilgi Fiziologiya va Tibbiyot yo‘nalishida Nobel mukofotiga sazovor bo‘lgan olimlar uchligi — Jeffri Xoll, Maykl Rosbash hamda, Maykl Yung aynan ushbu biologik soatlarning ishlash mexanizmini kashf qilishganliklari uchun oliy ilmiy mukofotga loyiq ko‘rildilar. Ularning ilmiy ishlari silsilasi — o‘simliklar, hayvonlar, hamda odam organizmning biologik ritmlari qay tarzda Yerdagi kun va tun almashinishi jarayonlari bilan sinxronlanishini mohiyatini ochib beradi.

Yuqorida sanab o‘tilgan olimlarning ilmiy-amaliy tekshiruvlarida oddiy drozofila (Drosophila melanogaster) pashshalaridan tajriba sifatida foydalanilgan. Ular pashsha tanasida kundalik me’yoriy biologik ritmni nazorat qiluvchi maxsus geni aniqlashdi va ushbu gen ustida qator tajribalar o‘tkazishdi. Xususan, olimlar ushbu genni ta’sir mexanizmini bloklab qo‘yib, (ya’ni, genni izolyatsiyalab) keyin pashshaning o‘zini qanday tutishini kuzatishgan. Sinchiklab o‘tkazilgan tajribalar shuni ko‘rsatdiki, pashsha tanasidagi mazkur gen, tun davomida hujayrada yig‘iluvchi maxsus oqsilni kodlab borar va aynan o‘sha oqsilni kun davomida parchalanishini nazorat qilar ekan. Tajribalar davomida olimlar ushbu ajoyib mexanizmga aloqador yana qo‘shimcha oqsil komponentlarini aniqlashdi. Haqiqatan ham, ushbu atama bekorga «biologik soat» deb nomlanmagani ma’lum bo‘ldi. Chunki, aynan o‘sha oqsillar hujayralarni go‘yoki ichki soat mexanizmi singari kecha va kunduzgi faollik bo‘yicha aniq sinxronlikda faollashtirib va qayta susaytirib turar ekan. Eng qizig‘i esa, bu kabi ichki biologik soat barcha turdagi ko‘phujayrali organizmlarda — o‘simliklarda ham, hayvon va odamda ham bir xil tamoyil asosida ishlaydi.

Shunisi hayratlanarliki, tirik organizmlarning, shu jumladan odamning ichki biologik soatlari o‘ta aniq harakatda bo‘lgani tufayli, u butun organizm fiziologiyasini kun va tunning mutlaqo turli-tuman fazalariga tayyorlaydi va moslashtiradi. Biologik soatlar organizmdagi barcha muhim fiziologik jarayonlarni, xususan, gormonlarning faolligini, uyquni, tana haroratini, hamda, modda almashinuvi kabilarni nazorat qiladi. Shu jihatdan, organizmda biologik ritmni nazorat qiluvchi genlarni qaysidir ma’noda «taning ichki xronometrchisi» deyish mumkin. Umumiy qilib aytganda, bizning kundalik jismoniy faolligimiz, ishchanligimiz yoki g‘ayrat-shijoatimiz, o‘sha ichki biologik soatlarimiz va tashqi muhitimiz o‘rtasida vaqt mutanosibligiga qanchalik e’tibor qaratishimizga ko‘p jihatdan bog‘liq bo‘ladi. Masalan, bir necha vaqt mintaqalarini kesib o‘tish orqali qiladigan sayohatlar, yoki, navbat almashinib (smena) bo‘yicha ishlash kabi holatlarda bizning ichki biologik soatlarimiz va tashqi muhit orasida nomuvofiqlik kelib chiqadi. Bu ikkalasi qayta sinxron ishlay boshlaguncha odam uyquchan yoki xorg‘in bo‘lib yurishi hammamizga yaxshi ma’lum. Soat mintaqasining keskin almashinishi yoki, boshqa sabablar tufayli bioritmning buzilishiga organizm uyqusirash, toliqish va bosh og‘rishi bilan aks javob qaytaradi. Ma’lumot o‘rnida: soat mintaqasining keskin o‘zgarishi tufayli kelib chiqadigan salbiy simptomlar tibbiyotda desinxroniya, yoki, desinxronoz deb yuritiladi va u bir necha yillardan buyon, odam kasalliklarning Xalqaro tasnifiga kiritilgan. Ushbu sindrom manbalarda ko‘pincha «jetlag‘ tarzida keltiriladi. Uning ma’nosi inglizcha «jet» — raketa, reaktiv samolyot, va «lag» — kech qolish so‘zlaridan yasalgan. Umuman olganda, muttasil bioxronoligik nomutanosiblik tanada turli kasalliklarni paydo bo‘lishi xatarini oshiradi.

Bizning ichki soatimiz

Tabiatdagi deyarli barcha tirik organizmlar atrof-muhitdagi kundalik o‘zgarishlarga avvaldan tayyorlanadi va moslashadi. XVIII-asrda astronom olim Jan Jak d-Ortus de Meran (1678-1771) ismli astronom uyatchan mimoza (Mimosa pudica) o‘simligi barglari ustida kuzatuvlar olib borib, barglarning tongda quyosh chiqishiga yaqin ochilib borishi va shom oqqach, asta sekin yana yopilishini aniqlagan. U, agar o‘simlikni muttasil qorong‘ulikda qoldirsa nima bo‘lishini o‘ylab, buni amalda sinab ko‘rmoqchi bo‘ladi. Keraklikcha muddat kuzatishlari orqali anavi ism-familiyasi uzundan-uzoq bo‘lgan astronom shunga amin bo‘ldiki, mimoza gulining barglari o‘zi turgan joyning yorug‘, yoki, qorong‘u ekanidan qat’iy nazar, o‘sha kundagi quyosh chiqishi botishiga moslanib, faollashar va susayar ekan. Ya’ni, mimoza qop-qorong‘u joyda ham o‘zining kundalik odatiy sutkalik ritmni takrorladi. Xuddiki, gul o‘zi gorong‘ulikda turganiga qaramay, go‘yoki uning qo‘l soati bo‘lib, o‘shanga qarab vaqtni belgilab faollashaverardi (1-rasm).

Bu orada, boshqa tadqiqotchilar mimozadagi kabi biologik ritmlar faqat o‘simliklarda emas, balki hayvonlarda, hamda, odamda ham mavjudligini aniqlashdi. Ushbu biologik soatlar fiziologiyani sutka davomidagi o‘zgarishlarga tayyorlab, moslashtirib boradi. Fiziologiyaning ushbu sutkalik ritmlarga muntazam moslashuvini fanda «sirkadian ritm» deyiladi. Atama lotin tilida aylana ma’nosini beruvchi «circa«, hamda, sutka ma’nosini beruvchi «dies» so‘zlaridan yasalgan. Garchi, ushbu bioritmlar o‘sha XVIII-asrdan buyon fanda ma’lum bo‘lsa-da, organizmning biologik soati qanday ishlashini, ta’bir joiz bo‘lsa, biologik soatning murvatlari nimalardan iborat sirligicha qolmoqda edi.

1970-yillarda Seymur Benzer ismli olim va uning shogirdi Ronald Konopks drozofila pashshasida sirkadian ritmni nazorat qiluvchi genni identifikatsiya qilishgan. Ular pashshaning bioritmini buzilishiga sabab bo‘layotgan genni aniqlashdi va uni «period» deb nomlashdi. Lekin ushbu genning sirkada ritmiga aynan qanday ta’sir ko‘rsatishini aniqlash qiyin kechgan.

70-90 yillarda drozofila pashshasi orqali biologik soat mexanizmini o‘rganayotgan olimlar qatorida Bostondagi Brandeys universiteti xodimlari Jeffri Xoll va Maykl Rosbash, hamda, Nyu-Yorkdagi Rokfeller universiteti xodimi Maykl Yang ham bor edi. Ular uzviy hamkorlikda faoliyat olib borishgan bo‘lib, mazkur olimlarning sayi-harakati o‘laroq, 1984-yilda birinchi marta o‘sha «period» genini alohida ajratib olingan. Keyin esa, Xoll va Rosbash birgalikda o‘sha gen tomonidan kodlanadigan oqsil (uning nomi PER) tun davomida to‘planishi va kunduz davomida parchalanishi aniqlandi. Shunday qilib, sirkada ritmiga sinxron muvofiq ravishda, 24-soat mobaynida PER oqsili miqdori organizmida pasayib va ko‘payib turar ekan.

Tadqiqotchilarning keyingi maqsadi esa, sirkada ritmlarining qanday qilib yuzaga kelishi va barqaror saqlanishini aniqlashdan iborat bo‘ldi. Rosbash va Xollning taxminiga ko‘ra, PER oqsilning to‘planib borishi va muayyan miqdorga (chegaraga) yetishi bilan period geni faoliyati to‘xtatiladi (bloklanadi). Shu tariqa, hujayralarda o‘sha oqsil miqdori doimiy nazorat qilinadi. Lekin bu jarayonning o‘zi qay tarzda kechadi? — degan savol barchani o‘ylantirardi. Chunki, genning faoliyatini bloklab qo‘yishi uchun, sitoplazmada hosil bo‘luvchi oqsil ushbu gen joylashadigan hujayra yadrosiga kirib borishi zarur edi. Ma’lum bo‘lishicha, PER oqsili tunda haqiqatan ham yadroga kirib borar ekan. Lekin qanday qilib?

Model juda chigal va murakkab edi. Olimlar o‘sha payt haqida: boshqotirmaning ayrim qismi topilgan, lekin, ko‘p joyi hali noma’lum turgan vaziyat edi deb eslashadi. Deyarli 10 yil davom etgan muttasil izlanishlardan so‘ng, 1994-yilda Maykl Yang biologik soat ishini boshqaruvchi ikkinchi bir genni kashf qildi. Ushbu genni olimlar «timeless» deb atashgan. Ushbu gen ham o‘ziga biriktirilgan maxsus bir oqsil — TIM oqsilining faoliyatini boshqarar ekan. Aynan TIM va PER oqsillarining o‘zaro bog‘lanishi natijasida, ular hujayra yadrosiga kirib bora oladigan xususiyatga ega bo‘lib qolar va shu tarzda, teskari aloqa tamoyilini yuzaga keltirib, period genining ishini to‘xtatib (bloklab) qo‘yar ekan.

Albatta, bunday mexanizm orqali bioritmni tushuntirish birmuncha osonlashdi. Lekin, muayyan savollar baribir ochiq qolayotgan edi. Masalan, sirkada ritmlari chastotasini nima nazorat qiladi? Yang keyinchalik doubletime deb nom berilgan yana bir genni kashf qildi. Bu gen qisqacha DBT deb nomlanuvchi oqsilning shakllanishini nazorat qilar edi. Bu kashfiyot orqali organizmda biologik soatning qanday mexanizmlar evaziga aniq ishlashini uzil-kesil tushunib olindi. Keyingi yillarda amalga oshirilgan yana qator kashfiyotlar esa, biologik soatlarning ishlash mexanizmlarini yanada mukammal tushunish uchun kalit vazifasini o‘tab berdi. Masalan, period genining faollanishiga turtki beruvchi yana bir oqsil kashf etilgan bo‘lib, ushbu oqsil biologik soatning umumiy tashqi muhit bilan umumiy sinxronlanishi, jumladan, yorug‘likka nisbatan sinxronlanishi mexanizmini aniqlashgan.

Laureatlar haqida qisqacha:

Jeffri Xoll 1945-yilda AQSHning Nyu-York shahrida tug‘ilgan. 1971-yilda Sietlning Vashington universitetida fan doktori darajasini qo‘lga kiritgan. 1971-1973 yillarda Pasadenadagi Kaliforniya texnologiya universitetida fan doktori unvoni bilan faoliyat ko‘rsatgan. 1974-yildan 2002-yilgacha Brandeys universitetida ishlagan. 2002 yildan buyon Men shtati Universiteti xodimi.

Maykl Rosbash 1944-yilda Kanzas-Siti shahrida tug‘ilgan. 1970-yilda Massachusets texnologiyalar universitetining fan doktori unvoniga erishgan. Keyingi yillarda u Shotlandiyada, Edinburg universitetida ishlagan. 1974-yildan boshlab esa Brandeys universitetida ishlaydi.

Maykl Yang 1949-yilda Mayamida tug‘ilgan. Fan doktori darajasini 1975-yilda Ostindagi Texas universitetida qo‘lga kiritgan. 1975-1977 yillarda Paolo-Altodagi Stenford universitetida ishlagan. 1978-yildan e’tiboran Nyu-Yorkdagi Rokfeller universitetida faoliyat yuritadi.