هماهنگی ویروس ها با ساعت بدن

به گزارش وبلاگ همصحبت، شاید دانشمندان در نهایت بتوانند درکی مناسب از ساعت شبانه روزی به منظور بهینه سازی استفاده از دارو ها به دست آورند. مطمئنا بعضی از واکسن ها به آمیخته شدن با مکمل به منظور محافظ تمام عیار شدن یا راهنمای دفعات مصرف برای بهترین اثربخشی نیازی ندارند.

هماهنگی ویروس ها با ساعت بدن

دست کم سه هزار سال است که انسان ها می دانند بیماری مالاریا شبیه یک ساعت عمل می نماید؛ با تبی ویرانگر که اوج گرفته و فروکش می نماید و در یک جدول زمانی قابل پیش بینی برمی گردد. بقراط، پزشک یونانی، مشاهده کرد که تب در فرم های 24، 48 و 72 ساعته به طول انجامیده و اگرچه همه آن ها می توانستند بیمار را از پای درآورند، ولی نوع 24 ساعته اش نسبت به دو نوع دیگر کُشنده تر بود.

در گذشته، متولیان امور پزشکی، نظریه های مخصوص به خودشان را درباره این بازگشت تناوبی تب داشتند. ظاهرا رومیان باستان اعتقاد داشتند شیاطین هوا، آب و زمین هر تب را کنترل می نمایند و اینکه آن ها در نبردی چرخه ای با شیطان سرما هستند.

حتی تا قرن نوزدهم میلادی، پزشکان کوشش کردند چرخه تب مالاریا را به وسیله دمای جو شرح دهند. بعد از اینکه دانشمندان دریافتند انواع مختلفی از تک یاخته های مالاریا در پس تب ها هستند، مسئله بیشتر روشن شد. معین شد تب ها در اوج فاز تکثیر غیرجنسی مالاریا، هنگامی که سلول های خونی میزبان تبدیل به کیسه هایی پُر از انگل می شوند، سر می رسند.

با این حال، در سال 2018، سارا ریس، انگل شناس تکاملی از دانشگاه اِدینبورگ و همکارش، جزئیات جدید و خیره نماینده ای گزارش کردند که در گزارش های پیشین وجود نداشت. به نظر می رسید که زمان بندی این فاز از چرخه زندگی انگل مالاریا با ریتم شبانه روزی میزبان در ارتباط است. ریس می گوید: آنچه ما فهمیده ایم، این است که این چرخه ها به گونه ای سازماندهی شده اند که به انگل، اجازه کسب غذا را از میزبان بدهند. ما فکر می کنیم که انگل ها خودشان را سامان می دهند.

ریس و دیگر دانشمندان در حال کشف ایده ای هستند که امواجی زیر و رو نماینده در زیست شناسی ایجاد می نماید. اگر بدن روی یک ساعت شبانه روزی تنظیم شده است، حمله به بدن، چه از سوی انگل، ویروس یا باکتری باشد، این تهاجم به وسیله یک ساعت در بدن میزبان یا مهاجم اداره می گردد. پذیرفتن این مسئله ممکن است به فهمی دوباره در اساس زیست شناسی عفونت و ایمنی، به عنوان یک دینامیک حساس به زمان که با ساعت روزانه تفاوت دارد، منجر گردد. یک مثال شاخص از ریتم های روزانه ای که اُرگانیسم ها دارند، چرخه خواب است.

در سطح مولکولی، روزانه هیچ یک از زمان ها مانند دیگری نیست؛ نه برای آنزیم های کبدی (که غلظت شان مرتب کم و زیاد می گردد)، نه برای تقسیم سلول های پوست (که سرعت تکثیر آن ها متفاوت است) و نه برای هر زیرسیستم زیستی دیگر. در پستانداران، یک پیغام از منطقه حساس به نور در مغز، تریلیون ها ساعت کوچک را تنظیم می نماید.

تقریبا در هر سلول از بدن یک ساعت در چرخه 24 ساعته تیک تاک می نماید. ساعت ها از پروتئین هایی تشکیل شده اند که به عنوان تایمر برای تجلی هزاران ژن عمل می نمایند. اخیرا در یک تخمین معین شد که ممکن است در پستانداران، بیش از 80 درصد ژن ها با پروتئین کدگذاری شده، به مقدار زیاد در زمان های معینی در روز و به میزان کم در دیگر اوقات به صورت چرخه ای تجلی یابند. بعضی از این ژن ها مربوط به سیستم ایمنی هستند.

برای مثال، یک جفت پروتئین درگیر در ساعت به نام های REV-ERBα و REV-ERBβ به طور جدی تجلی ژن های کلیدی در عملکرد ماکروفاژ ها (یاخته های درشت بیگانه خوار)، یعنی سلول های تهاجمی بدن را کنترل می نمایند. مجموعه دیگری از پروتئین های ساعتی، به نام CRY ها، ژن های درگیر در التهاب را تنظیم می نمایند. آن ها یک خط دفاع اولیه در برابر عفونت هستند. CRY1 ها که به فور در طول روز می چرخند، فعال سازی فاکتور های التهابی تحت کنترل را نگهداری می نمایند.

فقدان آنها، تعادل یک سیستم مولکولی را که به فراوری این مواد یاری می نماید، بر هم می زند. به نظر می رسد که ساخت سلول های سفید خون یا لوکوسیت ها نیز به وسیله ساعت تنظیم می گردد. تعداد این سلول ها در طول روز در گردش خون تغییر می نماید. مطالعات نشان داده اند تعداد آن ها در ابتدای دوره استراحت یک اُرگانیسم مثلا در انسان ها در ابتدای شب و در صبح در موش شب زی و همستر بسیار زیاد است. ظاهرا سلول های سفید به هر سویی از محدوده های بدن در فواصل زمانی مناسب به حرکت درمی آیند.

کریستوف شِیرمن از دانشگاه جِنُوا که دینامیک سلول های سفید خون را مطالعه می نماید، می گوید: شما در بدن تان سلول های سفیدی دارید که به اعضای خاصی می فرایند؛ برای مثال، به طور چرخه ای به گره های لنفاوی. سلول های سفید همواره در همه جای بدن نیستند؛ به نظر می رسد که آن ها با دریافت اشاره ای در زمان های خاصی راهی می شوند

. شاید سیستم ایمنی مطابق با یک ساعت کار می نماید؛ زیرا یک جاندار هنگامی که در دنیا خارج است، احتمالا بیشتر با چالش روبه رو می گردد تا زمانی که خواب است. همچنین ممکن است که نگهداری سیستم ایمنی روی هشدار بالا در همه زمان ها سیر نزولی یافته، به طوری که بدن با استراحت دادن منظم به سیستم دفاعی اش از درگیری دوری کند.

زمان مناسب برای یک عفونت

بنابراین ممکن است با افزایش و کاهش فعال سازی سیستم ایمنی، به وسیله محدود کردن منابع قابل بهره برداری میزبان، یا به واسطه فاکتور های بی شمار دیگری که ساعت را کنترل می نمایند، مهاجمان زمین گیر شوند. ریچارد اِجار از کالج سلطنتی لندن که اثر زمان روزانه را بر روی عفونت ویروسی مطالعه می نماید، می گوید: محیط سلولی در سراسر طول 24 ساعت، به طور چشمگیری تغییر می نماید... عوامل بیماری زا با محیط سلولی ای روبه رو می شوند که کم و بیش هادی تکثیر و انتشار ویروسی هستند.

جهت آنالیز این فرضیه، اِجار و همکارانش، موش ها را در زمان های متفاوتی در معرض ویروس تبخال قرار دادند. آن ها دریافتند که اوج بار ویروسی یا به بیان دیگر میزان تکثیر ویروس ها در موش هایی که در آغاز دوره استراحتشان آلوده شده بودند، 10 برابر بیشتر از موش هایی بود که در ابتدای دوره فعالیتشان عفونی شده بودند.

بااین حال، هنگامی که آن ها آزمایش را با موش مهندسی شده ای که فاقد BMAL1 (یکی از پروتئین های ساعت هسته) بود تکرار کردند، اثر حفاظتی دوره فعالیت جانور از بین رفته بود. در سلول های فاقد یک ساعت، هر دو حالت آلودگی برای ویروس به یک اندازه مطلوب بود. کنجکاوی درباره اینکه این اختلاف ناشی از وجود چرخه در سیستم ایمنی بود یا به وسیله دیگر نمود های ساعت در یک جاندار کامل، تیم اِجار را بر آن داشت تا سلول های عفونی موش را در یک ظرف، ایزوله نمایند.

این سلول ها نیز الگوی مشابهی نشان دادند. برای رشد ویروس ها، یک زمان از روز بهتر از زمان های دیگر بود، که این مسئله بر این نکته اشاره دارد که حالت تکرار چرخه ای سلول میزبان تا حدی دارای اهمیت است. به علاوه دریافتند که ویروس به وسیله تجلی BMAL1 میزبان دچار اختلال شد. حدود 6 ساعت پس از عفونت، صرف نظر از زمان آلودگی، ویروس به افزایش سطح BAML1 سلول های میزبان دامن زد.

معین کردن اینکه چرا این مسئله روی می دهد سخت است، اما به طور بالقوه، اختلال در ساعت سلول های میزبان ممکن است به نفع ویروس باشد. آیا ویروس ها برای دستکاری در ساعت شبانه روزی میزبان تکامل یافته اند؟ این امر مطمئنا یک چشم انداز وسوسه انگیز خواهد بود. اِجار می گوید: اگر شما ساعت را نشانه روید، می توانید تعداد زیادی از سیستم های درون سلولی را دگرگون کنید. می توانید فعالیت های ترجمه، رونوشت و سوخت وساز را تغییر دهید. شما می توانید سلول را به طور بسیار مؤثری برنامه ریزی مجدد کنید.

راهبرد های مختلف مبتنی بر ساعت

بسیاری از پژوهشگران به طور تصادفی به مطالعه ساعت بدن سوق داده شده اند. گاهی اوقات پس از به دست آوردن نتایج غیرمعقول و ناامیدنماینده از یک آزمایش، ممکن است دریافته باشند اینکه در چه ساعتی از روز یک فرایند را آغاز نموده بودند، دارای اهمیت است. این مثالی است که جان مک کیتینگ از بخش علوم پزشکی دانشگاه آکسفورد در این مورد آورده است: او و همکارش تنوع عجیب و غریب در آزمایش بالینی بیماران هپاتیت C. را مورد توجه قرار دادند.

هنگامی که بیماران پیوند کبدی دریافت می کردند، ویروس همواره عضو جدید را دوباره آلوده می کرد. اما سرعت این آلودگی متغیر بود. خاتمه یک ارتباط الهام بخش پدیدار شد. او می گوید: به نظر می رسید زمان پیوند با آنچه روی می داد، در ارتباط بود. در واقع، مک کیتینگ و همکارش در مقاله اخیر تصدیق کردند که ورود ویروس هپاتیت C. به درون سلول ها در زمان های معینی از روز راحت تر است.

آن ها دریافتند که در خلال فرایند عفونت، ویروس از پروتئین های روی سلول های کبد استفاده می نماید که فقط در زمان های خاصی نمایان می شوند. هنگامی که پژوهشگرانِ ژنتیک توانایی سلول ها در ساختن BMAL1 و بالا بردن REV-ERBα را از بین بردند، آن ها نیز سطح پروتئین های سطح کبد را پایین آورده و سلول ها را از عفونت محافظت کردند.

سپس هنگامی که پژوهشگران سلول های از کار افتاده را در معرض تب و ویروس زیکا قرار دادند، فقدان BMAL1 نیز به شدت مانع توانایی تکثیر این ویروس ها شد. این مسئله بر این نکته دلالت می نماید که BMAL1 ممکن است روزی یک هدف درمانی برای عدم ورود انواع خاصی از ویروس ها باشد.

به هر حال، بسته به ویروسِ درگیر، دست کاری مشابه در ساعت ممکن است اثرات متفاوتی داشته باشد. فقدان BMAL1 برای تبخال مطلوب از کار درآمد، اما برای ویروس های تحقیق مک کیتینگ خوب نبود. چنین تنوعی ممکن است یک قاعده به جای استثنا باشد. هر ویروس، باکتری یا انگل زیست شناسی روش خاص خودش را برای رسیدن به اهدافش دارد. اگر آن ها راهبرد های فراگیری دارند، این مسئله احتمالا با تاریخ تکاملی یا راهبرد های مشترکشان برای ربودن یک میزبان در ارتباط است.

یک اطلس گذرا از ویروس ها

وقتی صحبت از انگل هایی که ریس و همکارش مطالعه کردند، به میان می آید، راهبرد ها برای یک حمله پیروز، مستلزم زمان بندی پاتوژنی (عامل بیماری زا) است که ناگزیر از رفتار روزانه میزبان است. در مالاریا، فاز اول عفونت نشان داد که انگل درون سلول های خونی میزبان به راحتی نهاده شد. این تجمع مواد خام جهت بازفراوری مورد احتیاج است.

اما قبل از اینکه بتواند تکثیر شده و اجازه دهد که فرزندانش جهت آلوده کردن سلول های جدید ظاهر شوند، انگل مالاریا احتیاج به تغذیه دارد. این است که ریتم های شبانه روزی وارد عمل می شوند. در آزمایش ها، وقتی موش ها در طول شب به طور معمول فعال و در حال تغذیه بودند، انگل ها نیز در طول شب بی وقفه به طرز جدیدی ساخته شدند. اما در عوض اگر ریس و همکارش موش ها را در طول روز تغذیه می کردند، انگل چرخه خودش را در وسط روز کامل می کرد. ریس می گوید: انگل ها به وسیله چرخه، گسترش خود را سازماندهی می نمایند؛ به طوری که وقتی بیشتر گرسنه هستند، مصادف گردد با هنگامی که بیشترین غذا به وسیله غذا خوردن، وارد جریان خون میزبان می گردد.

اگر چرخه انگل تغییر کند و این چرخه در زمان بهینه، کمتر ظاهر گردد، انگل به خوبی تکثیر نمی گردد یا سرایت نمی نماید. این امر نشان می دهد که زمان بندی رایج، یک مزیت حیاتی به همراه دارد. ریس و همکارش با تعجب می پرسند که آیا این پدیده از مالاریا و در واقع از پدیده بیماری فراتر می رود.

وقتی که یک انگل، چه زنبور باشد یا کرم یا هر سواری بگیر دیگری، درون یک میزبان افزایش می یابد، تمام کوشش خود را برای اینکه بتواند یک حاشیه امن به دست آورد، انجام خواهد داد، از جمله به وسیله دست کاری رفتار میزبان. زمان بندی چرخه زندگی اش به طور مؤثری جهت استفاده از میزبان، با بهره گیری از لحظات ضعیف در چرخه سیستم ایمنی و شاید حتی تغییر ساعت شبانه روزی میزبان، می توانند راهبرد هایی در کتاب بازی هر انگلی باشد.

این مسائل نشان خواهد داد که آگاهی از ترفند های مهاجمان می تواند ضد آن ها عمل کند یا نه. پیش از این مطالعات کمی پیشنهاد می کردند که واکسن زدن در زمان مناسبی از روز یک پاسخ ایمنی نیرومند را ایجاد می نماید. شاید دانشمندان در نهایت بتوانند درکی مناسب از ساعت شبانه روزی به منظور بهینه سازی استفاده از دارو ها به دست آورند. مطمئنا بعضی از واکسن ها به آمیخته شدن با مکمل به منظور محافظ تمام عیار شدن یا راهنمای دفعات مصرف برای بهترین اثربخشی احتیاجی ندارند.

اِجار چشم انداز بزرگی از یک اطلس گذرا به صورت ارجاع به فهرست، مطابق با زمان آنچه ویروس ها انجام می دهند، ارائه می دهد. در این نقشه، ویروس هایی که به صورت چرخه ای از یک پروتئینِ تجلی یافته جهت ورود به درون سلول استفاده می نمایند، در یک فهرست خواهند بود. آن هایی که در شب کارشان رونق می گیرد و صبح ها تنبل هستند و آن هایی که از رهگذر سوخت و ساز میزبان جهت آغاز رشد جهشی خود ارتزاق می نمایند، معین می شوند.

ممکن است روزی به یک عامل بیماری زای جدید نگریست و از تحلیل ویژگی هایش، چگونگی پاسخ او در اوقات مختلف روز را دریافت. اجار خاطرنشان می نماید: این امر زمان زیادی طول نمی کشد.

منبع: شرق به نقل از QuantaMagazine

ترجمه: سیدامین مهناپور. مرجان احمدی

منبع: فرادید

به "هماهنگی ویروس ها با ساعت بدن" امتیاز دهید

امتیاز دهید:

دیدگاه های مرتبط با "هماهنگی ویروس ها با ساعت بدن"

* نظرتان را در مورد این مقاله با ما درمیان بگذارید