Сегодня практически каждый житель Земли может узнать точное время в любой точке планеты. Но как насчёт «местного времени», которое показывает наше собственное тело?
Известно, что процессами, происходящими почти в каждом органе и ткани организма, управляют «биологические часы», которые учёные называют циркадными ритмами. Этот внутренний хронометр позволяет наладить суточный ритм работы тела и синхронизировать её с «внешним» временем.
Но зачастую у людей происходит сбой внутренних «биологических часов». Причиной может быть работа в ночную смену, перелёт и изменение часовых поясов и даже всего одна бессонная ночь. Такие «перебои» могут нарушать работу внутренних систем организма, что чревато развитием множества недугов: от болезни Альцгеймера до проблем с метаболизмом.
По словам исследователей, предотвратить нарушения, происходящие из-за сбоя циркадных ритмов, возможно. Для этого нужно знать точное время, которое отсчитывают внутренние часы организма. К примеру, если на них шесть часов, а по «внешнему» времени восемь, это означает, что произошёл сбой.
Чтобы определить этот показатель, многие команды учёных разрабатывали различные тесты на основе анализов крови пациента. Однако они были не слишком точны, требовали серьёзных финансовых затрат и занимали много времени: отбор крови нужно было проводить каждый час в течение нескольких часов.
Исследователи из Северо-Западного университета в США решили изменить подход и разработать особый алгоритм, который мог бы упростить задачу. Они создали новый высокоточный тест – простой и не требующий много времени.
«Это гораздо более сложные измерения, чем определение того, являетесь ли вы жаворонком или совой. Мы можем оценить время по биологическим часам человека в течение полутора часов, – рассказывает ведущий автор работы Розмари Браун (Rosemary Braun). – Ничто не было столь точным или простым в использовании, как TimeSignature».
Поясним, что TimeSignature – это название того самого алгоритма, который создали исследователи.
Сначала они собрали данные об экспрессии генов из четырёх научных центров. Затем учёные проанализировали работу около 20 тысяч генов и выделили 40 из них, которые работают по внутренним часам, то есть «включаются» и «выключаются» в «свою смену».
Кроме того, медики провели собственный эксперимент, в котором приняли участие пять здоровых добровольцев. В течение суток у них брали кровь каждые два часа и проводили анализ экспрессии генов.
Далее учёные создали новый метод машинного обучения, при помощи которого компьютерная программа сперва запомнила основные «шаблоны» – уровни экспрессии генов в конкретное время суток, а затем научилась сравнивать их с показателями других реальных пациентов. Расхождение во времени позволяет судить о том, насколько точны внутренние часы организма.
При этом анализ можно проводить в любое время, для этого требуется взять лишь две пробы крови в течение суток. Точность вычислений не зависит от того, выспался ли пациент или пережил бессонную ночь.
«Раньше у нас не было клинически осуществимого способа оценки работы внутренних часов у здоровых людей и людей с болезнью. Теперь мы можем видеть, коррелирует ли нарушение хронометра с различными заболеваниями и, что более важно, можно ли по этим данным предсказать, кто [из пациентов] заболеет», — рассказывает соавтор работы Рави Аллада (Ravi Allada).
Его команда надеется, что в конечном итоге новый анализ станет доступным для широкого круга людей, поможет врачам в определении рисков, а также сделает терапию более эффективной. К примеру, внутренние часы организма могут стать ориентиром для приёма лекарств. Данный тест также позволит персонализировать лечение каждого конкретного человека.
Авторы разработки уже подали заявку на оформление патента, однако они отмечают, что программное обеспечение и алгоритм будут доступны и другим исследователям, чтобы те могли опираться на новые данные при дальнейшем изучении внутренних часов.
Более подробно о новом анализе и его разработке рассказывается в статье, опубликованной в журнале PNAS.
Кстати, мы ранее сообщали, что внутренний хронометр регулирует многие процессы в организме: от него зависит, к примеру, успех операций на сердце, агрессивность поведения и даже скорость заживления ран.
Автор: Юлия Воробьёва