Bless the Lord Oh My Soul
Obsah:
V živote je načasovanie všetko.
Vnútorné hodiny vášho tela - cirkadiánny rytmus - regulujú obrovské množstvo procesov: keď spíte a prebudíte sa, keď máte hlad, keď ste najproduktívnejší. Vzhľadom na jeho hmatateľný účinok na toľko našich životov, nie je prekvapujúce, že má obrovský vplyv aj na naše zdravie. Výskumníci spojili cirkadiánne zdravie s rizikom diabetu, kardiovaskulárnych ochorení a neurodegenerácie. Je tiež známe, že načasovanie jedál a liekov môže ovplyvniť ich metabolizmus.
Schopnosť merať vnútorné hodiny je životne dôležitá pre zlepšenie zdravia a personalizáciu medicíny. Mohlo by sa použiť na predpovedanie, kto je v ohrození chorobou a na zotavenie po zraneniach. Môže sa tiež použiť na dodanie chemoterapie a krvného tlaku a iných liekov tak, aby mali optimálny účinok pri nižších dávkach, čím sa minimalizuje riziko vedľajších účinkov.
Čítanie vlastných interných hodín však zostáva hlavnou výzvou v spánku a cirkadiánnom zdraví. Súčasný prístup vyžaduje odoberať hodinové vzorky melatonínu v krvi - hormón, ktorý kontroluje spánok - počas dňa a noci, čo je pre pacienta drahé a veľmi zaťažujúce. To znemožňuje začlenenie do rutinných klinických hodnotení.
Moji kolegovia a ja sme chceli získať presné merania interného času bez potreby zaťažujúceho sériového vzorkovania. Som počítačový biológ s vášňou pre používanie matematických a výpočtových algoritmov na zmysel pre komplexné dáta. Moji spolupracovníci, Phyllis Zee a Ravi Allada, sú svetovo uznávanými odborníkmi v oblasti medicíny spánku a cirkadiánnej biológie. Spoločne sme navrhli jednoduchý krvný test na čítanie interných hodín.
Počúvanie hudby buniek
Cirkadiánny rytmus je prítomný v každej bunke vášho tela, vedený centrálnymi hodinami, ktoré sa nachádzajú v suprachiasmatickom jadre mozgu. Podobne ako sekundárne hodiny v starej továrni, tieto takzvané „periférne“ hodiny sú synchronizované s hlavnými hodinami vo vašom mozgu, ale aj samé o sebe - aj v Petriho miskách!
Vaše bunky udržujú čas prostredníctvom siete génov jadrových hodín, ktoré interagujú v spätnoväzbovej slučke: Keď sa jeden gén zapne, jeho aktivita spôsobí, že druhá molekula ho otočí späť a táto konkurencia vedie k odlivu a toku aktivácie génu v priebehu 24 hodín. cyklus. Tieto gény zase regulujú aktivitu iných génov, ktoré tiež oscilujú v priebehu dňa. Tento mechanizmus periodickej génovej aktivácie organizuje biologické procesy naprieč bunkami a tkanivami, čo im umožňuje, aby sa uskutočňovali synchrónne v špecifických časoch dňa.
Objav génov základných hodín je pre naše chápanie toho, ako sú biologické funkcie usporiadané tak, že bol uznaný Nobelovým výborom v minulom roku, tak zásadný. Jeffrey C. Hall, Michael Rosbash a Michael W. Young spoločne vyhrali v roku 2017 Nobelovu cenu za fyziológiu alebo medicínu za svoje objavy molekulárnych mechanizmov regulujúcich cirkadiánny rytmus. Ďalší výskumníci zistili, že až 40 percent všetkých ostatných génov reagujú na cirkadiánny rytmus a menia svoju činnosť v priebehu dňa.
To nám dávalo predstavu: Možno by sme mohli použiť úrovne aktivity množiny génov v krvi na odvodenie interného času človeka - čas, ktorý si telo myslí, že je, bez ohľadu na to, čo hovoria hodiny na stene. Mnohí z nás mali skúsenosť s „prostredím“ s našimi prostrediami - s pocitom, že je to 5:00 hod., Aj keď náš alarm trvá na tom, že je to už 7:00 hod. naše vnútorné hodiny - hodiny na stene nie sú vždy dobrým ukazovateľom času, ktorý je pre vás osobne. Keď sme vedeli, aký hlboký vplyv môžu mať vnútorné hodiny na biológiu a zdravie, boli sme inšpirovaní, aby sme sa pokúsili zmerať aktivitu génu na meranie presného vnútorného času v tele jednotlivca. Vyvinuli sme TimeSignature: sofistikovaný výpočtový algoritmus, ktorý by mohol merať vnútorné hodiny človeka z génovej expresie pomocou dvoch jednoduchých odberov krvi.
Návrh robustného testu
Aby sme dosiahli naše ciele, TimeSignature musel byť jednoduchý (meranie minimálneho počtu génov len v niekoľkých odberoch krvi), veľmi presné a - čo je najdôležitejšie - robustné. To znamená, že by mal poskytovať presne takú presnú mieru vášho fyziologického času bez ohľadu na to, či ste dostali dobrý nočný spánok, nedávno ste sa vrátili zo zahraničnej dovolenky alebo ste boli celú noc s novým dieťaťom. A bolo potrebné pracovať nielen v našich laboratóriách, ale v laboratóriách po celej krajine a na celom svete.
Aby sme vyvinuli biomarker pre génový podpis, odobrali sme každé dve hodiny od skupiny zdravých dospelých dobrovoľníkov desiatky tisíc meraní. Tieto merania ukázali, ako aktívny bol každý gén v krvi každého človeka v priebehu dňa. Použili sme aj publikované údaje z troch ďalších štúdií, ktoré zozbierali podobné merania. Potom sme vyvinuli nový algoritmus strojového učenia, nazvaný TimeSignature, ktorý by mohol pomocou týchto údajov výpočtovo prehľadávať malý súbor biomarkerov, ktoré by odhalili dennú dobu. Súbor 41 génov bol identifikovaný ako najlepší marker.
Prekvapivo, nie všetky gény TimeSignature sú súčasťou známeho okruhu „jadrových hodín“ - mnohé z nich sú gény pre iné biologické funkcie, ako je váš imunitný systém, ktoré sú poháňané hodinami, aby kolísali počas dňa. To podčiarkuje, aká dôležitá je cirkadiánna kontrola - jej vplyv na iné biologické procesy je taký silný, že môžeme tieto procesy využiť na monitorovanie hodín!
Pomocou údajov z malej podskupiny pacientov z jednej z verejných štúdií sme vyškolili stroj TimeSignature, aby sme predpovedali denný čas na základe aktivity týchto 41 génov. (Údaje od ostatných pacientov boli oddelené na testovanie našej metódy.) Na základe údajov o tréningu bol TimeSignature schopný „naučiť sa“, ako rôzne vzory génovej aktivity korelujú s rôznymi dennými časmi. Po naučení týchto vzorov môže TimeSignature potom analyzovať aktivitu týchto génov v kombinácii, aby zistil čas, ktorý si vaše telo myslí. Napríklad, aj keď to môže byť vonku 7 hodín ráno, aktivita génu vo vašej krvi môže zodpovedať vzoru 5 hodín, čo znamená, že vo vašom tele je stále 5 hodín.
Potom sme otestovali náš algoritmus TimeSignature tak, že ho aplikujeme na zostávajúce údaje a preukázali, že je vysoko presný: Dokázali sme odhadnúť interný čas osoby do 1,5 hodiny. Ukázali sme tiež, že náš algoritmus pracuje na údajoch zozbieraných v rôznych laboratóriách po celom svete, čo naznačuje, že by mohol byť ľahko prijatý. Dokázali sme tiež, že náš test TimeSignature dokázal odhaliť prirodzený cirkadiánny rytmus osoby s vysokou presnosťou, aj keď bol spánkový alebo zaostalý.
Harmonizácia zdravia s časovým označením
Vďaka jednoduchému meraniu cirkadiánnych rytmov otvára TimeSignature širokú škálu možností pre integráciu času do personalizovanej medicíny. Hoci bol zaznamenaný význam cirkadiánnych rytmov pre zdravie, skutočne sme len poškriabali povrch, pokiaľ ide o pochopenie, ako fungujú. S TimeSignature môžu teraz výskumníci ľahko zahrnúť do svojich štúdií vysoko presné merania interného času, pričom toto dôležité meranie využívajú len dve jednoduché odbery krvi. TimeSignature umožňuje vedcom preskúmať, ako fyziologické hodiny ovplyvňujú riziko rôznych ochorení, účinnosť nových liekov, najlepšie časy na štúdium alebo cvičenie a ďalšie.
Samozrejme, je ešte potrebné vykonať veľa práce. Aj keď vieme, že cirkadiánne vychýlenie je rizikovým faktorom pre ochorenie, zatiaľ nevieme, koľko je pre vás zlé vychýlenie. TimeSignature umožňuje ďalší výskum kvantifikovať presné vzťahy medzi cirkadiánnymi rytmami a chorobami. Porovnaním časových znakov ľudí s chorobou a bez nej môžeme zistiť, ako narušené hodiny korelujú s chorobou a predpovedajú, kto je v ohrození.
Na ceste si predstavujeme, že TimeSignature sa dostane do ordinácie vášho lekára, kde vaše cirkadiánne zdravie môže byť monitorované rovnako rýchlo, ľahko a presne ako cholesterolový test. Mnohé lieky, napríklad, majú optimálny čas na dávkovanie, ale najlepší čas na to, aby ste užívali liek na krvný tlak alebo chemoterapiu, sa môže líšiť od niekoho iného.
Predtým neexistoval žiadny klinicky uskutočniteľný spôsob, ako to merať, ale TimeSignature umožňuje vášmu lekárovi urobiť jednoduchý krvný test, analyzovať aktivitu 41 génov a odporučiť čas, ktorý vám poskytne najúčinnejší prínos. Vieme tiež, že cirkadiánne vychýlenie - keď sú hodiny vášho tela mimo synchronizácie s vonkajším časom - je liečiteľným rizikovým faktorom pre pokles kognitívnych funkcií; s TimeSignature by sme mohli predpovedať, kto je v ohrození, a potenciálne zasiahnuť, aby sa zosúladili hodiny.
Tento článok bol pôvodne uverejnený na rozhovore Rosemary Braun. Prečítajte si pôvodný článok.
Zlepšite svoje skúsenosti s počítačom Mac pomocou jedného jednoduchého riešenia
Tieto nástroje Mac sa ľahko používajú a môžu znamenať podstatný rozdiel vo vašich skúsenostiach. Od efektívnej integrácie cloudového úložiska až po zosynchronizáciu medzi zariadeniami až po sťahovanie obsahu z internetu, tento zväzok zabezpečí, že váš počítač bude fungovať v nových spôsoboch, ako zvýšiť potešenie a produktivitu.
Štúdia UK ukazuje, ako dlhé hodiny a pracovné víkendy ovplyvňujú duševné zdravie
Masmédiá sú plné myšlienky, že práca nás bude napĺňať, a tak by sme sa mali neustále prenasledovať. Ale nová štúdia v časopise „Journal of Epidemiology & Community Health“ ukazuje, že pracovné víkendy a dlhé hodiny môžu byť spojené s depresiou, aj keď všetko ostatné v živote niekoho je v poriadku.
Prečo vedci budujú jadrové hodiny? Pretože atómové hodiny nie sú dokonalé
Úlohou budovania hodín, ktoré presne zachovávajú čas, je úplne na rozdiel od hodiniek. Normálne hodiny nám veľmi dobre pomáhajú pri každodenných praktických potrebách, ale vedecký výskum a technológie založené na citlivých meraniach vyžadujú hodiny, ktoré dokážu merať čas s maximálnou presnosťou. Tak, sc ...