建生物钟模型，解昼夜颠倒困扰

顾汉现

建生物钟模型，解昼夜颠倒困扰


日期: 2010-03-22  


        昨3-21是世界睡眠日,位于南京高新开发区的南京大学模式动物研究所国家遗传工程小鼠资源库里，昼伏夜出的老鼠竟然“上白班”了。负责该项研究的南京大学博导徐璎教授介绍说，他们的研究小组，主要是寻找与小鼠生物钟有关联的基因，并通过基因改造技术改变实验小鼠的生物节律系统，最终解明人类生物钟的分子机制。该研究将有助于人体生物钟的调整，人们上夜班将不会感到生理上的不适应了。



        能像调钟表一样调整生物钟吗？



        如果能，上夜班就不会影响健康了



        徐璎教授的研究方向是时钟生物学，这门学科也是国际生物领域的热门课题之一。它是以动植物的生物节律，即“生物钟”为研究主体。徐璎教授解释说，早在世界上第一个单细胞生物出现前，地球已经自转了约20亿年。为了适应地球这种昼夜环境周期性的变化，地球上的几乎所有的生物在体内都分化出一种特殊的系统——生物钟，来调节自身的作息时间。如人类是以24小时为周期进行作息，人的体温、血压、脉搏，乃至人体内的信号，如脑电波、心电波的变化等等，都会随着昼夜的变化作周期性调整。徐璎教授说，生物钟与人类的生活和健康息息相关。其不仅调控着我们的行为、睡眠等生命活动，并且广泛地影响着我们的神经系统、免疫系统、内分泌系统，甚至影响心脏、肝脏，并刺激肿瘤的生长等。当人类的生物钟出现紊乱的时候，人们就会容易生病、加速衰老，甚至死亡。但在现代社会中，许多人因为职业等原因而“被迫”打乱自己的生物钟。



        如果“生物钟”能像钟表一样调整，那么许多夜班工作者、长途飞行者乃至熬夜的球迷们就不用担心因为自己“生物钟”的紊乱而影响健康了。徐璎教授课题组的研究人员告诉记者，生物钟是隐藏在生物体内的，几乎可以说是无形的，到现在为止，时钟生物学的基础研究就是寻找与生物节律相关联的器官以及基因，并且确定它们的功能。



        记者镜头



        上千只小鼠经常要“倒时差”



        徐璎教授说，她的研究工作主要是以“夜班族”小鼠为实验对象，以寻找能够控制、影响小鼠生物钟的基因。而记者在徐教授的实验里，也见到了不少“上白班”的小老鼠。



        在南京高新区学府路，有栋远离马路200多米的楼房，南京大学国家遗传工程小鼠资源库就在这里。在存有4万只小鼠的库房和实验室里，有十多位教授和60多位博士、硕士，每日埋头与小鼠做伴。徐璎教授就是其中专门研究生物节律的专家，在她的实验室里，小鼠还经常体会“昼夜颠倒”。



        昨天上午，记者来到徐璎教授的实验室，迎面就看见在一个长约30厘米、宽高各约20厘米的透明盒子，有一只黑色小鼠正在盒子里的转轮上欢快的跑着。老鼠应该是白天睡觉晚上活动，但这只小鼠却迟迟还不睡觉。研究人员笑着告诉记者，这是只通过模拟人类基因突变而改造过的小鼠，所以现在改上“白班”了。研究人员说，影响生物钟的因素很多，但光照是其中的主要因素。他们通过“光照牵引实验”来观察小鼠反应。



        在实验中，他们刻意地通过人工方式，改变实验室的昼夜周期，也就是让小鼠所处的小环境昼夜颠倒，即白天是漆黑一片，晚上却灯火通明，通过对基因改造过的小鼠与正常小鼠在这种昼夜颠倒的环境下的反应加以比较，由此找出可能影响其生物钟的基因——在徐璎教授的实验室里，这样的小鼠就有上千只。徐教授笑道，为了寻找出不同小鼠之间光反应的微小差异，有时一只小鼠会被反复变更昼夜周期，就像环球飞行的飞行员那样，经常要倒“时差”。



        徐璎教授从2003年开始生物钟研究。用来做实验的小鼠经常昼夜颠倒，而她自己的生活节律也经常被昼夜颠倒，有时甚至一连两三天无休无眠，生物钟受到严重干扰。但她觉得自己的付出是值得的，因为在她的实验室里，通过基因改造可以随意延长或缩短小鼠的睡眠时间。徐璎教授告诉记者，目前她在小鼠基因里已发现了决定其生物钟周期长短的调控位点“PER2S662”。通过这个点，能建立出可调控生物钟周期的小鼠模型。而她最新的研究表明，人类甚至可以通过改变氨基酸来调控小鼠生物节律的长短。让徐璎教授高兴的是，她的研究成果得到了国际学术界的认可，其中有些已发表在Nature、Cell、Science、  EMBO  J等国际一流杂志上。然而徐璎教授认为，这些工作仅仅是她在时钟生物学研究领域走出的第一步，而她的最终目标是实现对人体生物钟的调控。



        展望未来



        去外星球定居调个“时差”就行了



        如果对人类生物钟的调控能够成为现实的话，对人类的生活影响将是很大的：上夜班的人不会因为生物钟被打乱而感到身体不适，频繁环球飞行的人也不用为倒时差而烦恼了。



        更深远的意义在于，掌握了生物节律的调控，人类才能最终走出地球，走向太空。假设不久的将来，天文学家找到了很多适合人类居住的星球，而人类科技发展到可以轻松在这些星球之间穿梭，那么不同星球之间时差的巨大差异，将会严重阻碍人类的居住。因为不同的星球之间存在有不同的昼夜周期，有的星球1天是50个小时甚至100个小时，而有的星球1天只有16小时甚至更短。“如果生物节律的调控技术可以适用在人类身上，那就没问题啦”。徐璎教授展望未来，笑着告诉记者，到那个时候，要去哪个星球只要改造一下基因就可以调整时差了。