Semua kehidupan di Bumi telah berevolusi untuk mengatasi planet berputar yang menghasilkan transisi yang dapat diprediksi antara siang dan malam. Detailnya berbeda antara tanaman, jamur, bakteri dan hewan, tetapi fitur yang konsisten adalah "jam" biologis yang memungkinkan organisme untuk mengantisipasi perubahan dan mempersiapkannya.
Pada hewan, jam pusat yang melacak malam dan siang adalah di otak di mana ia menerima cahaya dari retina untuk tetap disinkronkan dengan cahaya atau gelap. Tetapi semua sel dalam tubuh memiliki jam sendiri. Karena jam biologis ini memiliki siklus yang dekat dengan 24 jam mereka disebut circadian ("circa" yang berarti "tentang" dan dian, yang berarti hari, dari bahasa Latin "mati").
Kita sekarang hidup dengan cahaya yang murah, terang, buatan, kerja shift, kurang tidur dan jet-lag - semua tantangan utama bagi mekanisme kontrol sirkadian kuno di tubuh kita. Semua tantangan sirkadian dan tidur ini terkait dengan penyakit. Tetapi di kita studi terbaru, dengan menggunakan tikus, kami menemukan bahwa infeksi pada waktu yang berbeda dalam sehari menyebabkan keparahan penyakit yang berbeda.
Yang mengejutkan, kami menemukan bahwa jam yang berdetak di sel-sel sistem kekebalan bertanggung jawab atas perubahan dalam menanggapi infeksi bakteri. Secara khusus, sel-sel khusus disebut makrofag, yang merupakan sel besar yang menelan dan membunuh bakteri.
Dapatkan Terbaru Dengan Email
Kesan seorang seniman tentang makrofag (biru) melanda bakteri tuberculosis (merah). Kateryna Kon / Shutterstock
Makrofag, baik yang tumbuh di piring atau di mouse, merespons secara berbeda pada waktu yang berbeda dalam sehari. Dan menonaktifkan jam di sel-sel ini menghasilkan makrofag super, yang bergerak lebih cepat dan memakan lebih banyak bakteri daripada makrofag normal.
Kami menemukan bahwa makrofag “tanpa jarum jam” melindungi tikus dari infeksi bakteri dengan banyak jenis bakteri. Melihat lebih dekat pada makrofag mengungkapkan bahwa sel-sel tampak berbeda, dengan perubahan besar dalam protein struktural yang mempertahankan bentuk sel dan diperlukan untuk pergerakan sel dan untuk memakan bakteri. Perubahan arsitektur internal sel, atau sitoskeleton, menjadi fokus penelitian kami.
Kami menemukan bahwa jam sirkadian makrofag langsung mengendalikan komponen-komponen sitoskeleton. Kami melihat perubahan dalam jumlah blok pembangun protein sitoskeletal, dan juga dalam aktivitas regulator utama perubahan sitoskeletal. Regulator utama ini adalah protein yang disebut RhoA.
RhoA diaktifkan oleh kontak bakteri dan mendorong makrofag untuk bergerak dan mengonsumsi bakteri. Kami menemukan bahwa RhoA aktif dalam makrofag tanpa jarum jam bahkan ketika tidak ada bakteri. Ketika bakteri menghubungi makrofag normal, RhoA menjadi aktif, tetapi tidak ada perubahan lebih lanjut dalam makrofag tanpa jarum jam, karena RhoA sudah aktif. Jadi makrofag tanpa jarum jam selalu dihidupkan, sehingga mampu merespons serangan bakteri lebih cepat.
Untuk mengetahui bagaimana jam mengubah perilaku makrofag, kami beralih ke mekanisme jam inti. Ini terdiri dari sekelompok kecil protein yang berubah dalam kelimpahan melalui waktu, sehingga memungkinkan sel untuk mengetahui waktu. Kami menemukan bahwa salah satu faktor jam ini, yang disebut BMAL1, adalah penghubung penting antara jam dan perilaku makrofag.
penulis tersedia
Mengurangi ketergantungan pada antibiotik
Salah satu masalah utama yang dihadapi dunia modern adalah meningkatnya resistensi bakteri terhadap antibiotik. Belum ada kelas antibiotik baru selama 30 tahun. Resistensi bakteri terhadap antibiotik berarti kita memiliki infeksi yang tidak dapat diobati dan menghadapi masa depan di mana operasi akan menjadi lebih berisiko.
Menemukan cara baru untuk meningkatkan pertahanan terhadap bakteri adalah prioritas tinggi. Penemuan sirkuit yang menghubungkan jam dengan pertahanan bakteri membuka rute baru untuk mengurangi ketergantungan kita pada kisaran terbatas antibiotik yang ada. Dimungkinkan untuk meningkatkan pertahanan alami terhadap infeksi bakteri dengan menargetkan jam.
Pengoperasian jam sirkadian dapat diubah oleh paparan cahaya, dengan mengubah waktu makan, oleh variabilitas genetik dalam populasi manusia dan oleh obat-obatan baru yang mampu mengatur sistem ini. Satu masalah dengan penargetan jam dengan narkoba adalah bahwa dampak pada sistem lain akan luas dan konsekuensinya sulit diprediksi. Tetapi intervensi jangka pendek untuk meningkatkan kekebalan terhadap infeksi dapat menawarkan manfaat, dengan biaya rendah.
Demikian pula, memperkuat ritme sirkadian dari orang-orang berisiko tinggi, di rumah sakit misalnya, dengan mengendalikan pencahayaan dan waktu makan dapat meningkatkan kekebalan dan mencegah infeksi yang didapat di rumah sakit.
Tentang Penulis
David Ray, Profesor Endokrinologi, University of Oxford dan Gareth Kitchen, Dosen dan Anestesi Klinis Klinik Akademik, University of Manchester
Artikel ini diterbitkan kembali dari Percakapan di bawah lisensi Creative Commons. Membaca Artikel asli.
books_health
