لأول مرة في العلوم يدرس الباحثون الساعة البيولوجية في الوقت الفعلي

جميعنا لدينا ساعة مدمجة تخبرنا عندما يحين وقت الطعام ووقت النوم ووقت الاستيقاظ ووقت القيام بأي شيء خلال اليوم. في الواقع، تفعل ذلك العديد من الكائنات الحية، ولهذا السبب أصبحت مجالًا مهماَ لبحث العلماء.

تتم الآن دراسة الساعة البيولوجية واستجاباتها للإشارات البيئية بطريقة لم يتم القيام بها من قبل. تمكن العلماء من تتبع الساعة ووظائفها في الوقت الفعلي باستخدام كائن مائي صغير يسمى البكتريا الزرقاء (Synechococcus elongatus). وبما أن ساعتها تعمل بطريقة مشابهة لساعتنا فيمكنها إخبارنا بشيء أو اثنين عن إيقاعاتنا اليومية.

نظر الفريق في المذبذب الأساسي للبكتيريا الزرقاء، آلة نانوية مدعومة بثلاثة بروتينات تعمل كمنظم للوقت بدراسة الطرق التي تعمل بها مخرجاتها كإشارة لحفظ الوقت. يتذبذب اللب استجابة لجزيئات الإشارة المختلفة والمرتبطة به طوال اليوم، مما يؤدي إلى التعبير الإيقاعي لمئات الجينات داخل البكتريا الزرقاء.

تحلل الدراسة الحديثة كيفية تغير هذه التفاعلات عندما يتم إعادة ضبط ساعة البكتريا الزرقاء على المستوى الجزيئي، وهو أمر يمكن مقارنته بإرهاق السفر أو تعديلات التوقيت الصيفي للبشر.

كتب الباحثون في ورقتهم المنشورة: “استخدمنا تفاعلات الساعة المختبرية وأجرينا تجارب متوازية على نطاق واسع لدراسة الالتفاف وتزامن الساعة مع البيئة بوجود عناصر الإنتاج”.

يعتمد البحث على ساعة في المختبر طورها بعض أعضاء الفريق سابقاً والتي يمكن أن تعمل داخل أنبوب اختبار. من خلال التطورات الحديثة في طريقة مراقبة الساعة وتشغيلها، تمكن الفريق من الحصول على قراءات في الوقت الفعلي حيث تم تعديل إعدادات التوقيت والاستجابة لها.

كشف هذا عن عدة أفكار جديدة، بما في ذلك حقيقة أن الانزيمات المعروفة باسم كينازات والتي تتوسط التعبير الجيني ترتبط ارتباطاً وثيقاً بوظيفة الساعة أكثر مما كان يعتقد سابقاً.

يقول عالم الكيمياء الحيوية Mingxu Fang من جامعة سان دييغو، كاليفورنيا: “تركزت معظم الأبحاث على المذبذب الأساسي خلال العقدين الأولين بعد اكتشافه”.

نجد الآن أن الكينازات التي كان يعتقد سابقاً أنها مجرد عناصر إنتاج هي في الواقع جزء من الساعة بأكملها.

غالباً ما ينظر إلى المذبذب الأساسي على أنه تروس الساعة اليومية والكينازات هي العقارب، وكلاهما مطلوبان لمعرفة الوقت الفعلي.

توضح هذه الدراسة كيفية أنهما مطلوبان ومدى ارتباط مدخلات ومخرجات الساعة ارتباطاً وثيقاً.

تقول عالمة الأحياء الجزيئية Susan Golden من جامعة سان دييغو كاليفورنيا: “نحن نعلم الآن أن عقارب الساعة هي في الواقع جزء من آلية حفظ الوقت”.

إذا لم يكن لديك كلتا يديك فلن يتم ضبط الوقت بشكلٍ صحيح لأن أحدهما عامل استقرار والآخر مسبب للاضطراب في إشارة إعادة الضبط وتحتاج إليهما.

بعبارة أخرى باسترجاع المعلومات من الساعة، تتداخل الكينازات معها أيضاً، وقد تبين أن هناك حاجة إلى نوعين من الحركات للاستجابة بشكلٍ صحيح لإشارة عدم التعيين، كما قد يحدث عندما نتحرك عبر المناطق الزمنية.

وبما أن هذه الطريقة تتم لمراقبة الوقت الفعلي، فيمكن استخدامها الآن لفهم كيفية عمل إيقاعات الساعة البيولوجية الداخلية لدينا بشكلٍ أفضل، وكيف يؤثر ضبط الوقت على بقية أجسامنا.