सर्कडियन ताल आपके शरीर के प्रत्येक कोशिका में मौजूद होती है, जो मस्तिष्क में स्थित केंद्रीय घड़ी द्वारा निर्देशित होती है। रचना / Shutterstock.com
जीवन में, समय सब कुछ है।
आपके शरीर की आंतरिक घड़ी - सर्कडियन लय - प्रक्रियाओं की एक बड़ी विविधता को नियंत्रित करती है: जब आप भूखे होते हैं, जब आप भूखे होते हैं, जब आप सबसे अधिक उत्पादक होते हैं। हमारे जीवन पर अपने प्रभावशाली प्रभाव को देखते हुए, यह आश्चर्य की बात नहीं है कि इसका हमारे स्वास्थ्य पर भी असर पड़ता है। शोधकर्ताओं ने सर्कडियन स्वास्थ्य को जोड़ दिया है मधुमेह का खतरा, हृदय रोग और neurodegeneration। यह भी ज्ञात है कि भोजन का समय और दवाई प्रभावित कर सकते हैं कि वे कैसे चयापचय कर रहे हैं।
स्वास्थ्य की सुधार और चिकित्सा को वैयक्तिकृत करने के लिए किसी की आंतरिक घड़ी को मापने की क्षमता महत्वपूर्ण है। इसका अनुमान लगाने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है कि कौन है के लिए जोखिम रोग और से वसूली ट्रैक चोटों। इसका उपयोग समय के लिए भी किया जा सकता है कीमोथेरेपी की डिलीवरी और रक्तचाप और अन्य दवाएं ताकि उनके पास कम खुराक पर इष्टतम प्रभाव हो, जिससे दुष्प्रभावों का खतरा कम हो।
हालांकि, किसी की आंतरिक घड़ी को पढ़ने से नींद और सर्कडियन स्वास्थ्य में काफी बड़ी चुनौती बनी हुई है। वर्तमान दृष्टिकोण में रक्त मेलाटोनिन के प्रति घंटा नमूने लेने की आवश्यकता होती है - हार्मोन जो नींद को नियंत्रित करता है - दिन और रात के दौरान, जो मरीज के लिए महंगा और बेहद बोझिल होता है। इससे नियमित नैदानिक मूल्यांकन में शामिल होना असंभव हो जाता है।
मेरे सहयोगी और मैं बोझिल सीरियल नमूना की आवश्यकता के बिना आंतरिक समय के सटीक माप प्राप्त करना चाहता था। मैं जटिल डेटा की भावना बनाने के लिए गणितीय और कम्प्यूटेशनल एल्गोरिदम का उपयोग करने के जुनून के साथ एक कम्प्यूटेशनल बायोलॉजिस्ट हूं। मेरे सहयोगी, Phyllis ज़ी और रवि अलादा, नींद की दवा और सर्कडियन जीवविज्ञान में विश्व प्रसिद्ध विशेषज्ञ हैं। साथ में काम कर रहे, हमने एक साधारण रक्त परीक्षण तैयार किया है किसी व्यक्ति की आंतरिक घड़ी को पढ़ने के लिए।
कोशिकाओं के संगीत को सुनना
सर्कडियन ताल आपके शरीर के प्रत्येक कोशिका में मौजूद होती है, जो केंद्रीय घड़ी से निर्देशित होती है जो मस्तिष्क के सुपरक्रियामैटिक नाभिक क्षेत्र में रहता है। पुराने कारखाने में द्वितीयक घड़ियों की तरह, इन तथाकथित "परिधीय" घड़ियों को आपके दिमाग में मास्टर घड़ी में सिंक्रनाइज़ किया जाता है, लेकिन यह भी अपने आप पर आगे बढ़ो - यहां तक कि पेट्री व्यंजनों में भी!
आपकी कोशिकाएं नेटवर्क के माध्यम से समय रखती हैं कोर घड़ी जीन जो फीडबैक लूप में इंटरैक्ट करता है: जब एक जीन चालू हो जाता है, तो इसकी गतिविधि एक और अणु को वापस चालू करने का कारण बनती है, और इस प्रतियोगिता के परिणामस्वरूप एक्सएनएक्सएक्स-घंटे चक्र के भीतर जीन सक्रियण का प्रवाह होता है। ये जीन बदले में अन्य जीनों की गतिविधि को नियंत्रित करते हैं, जो दिन के दौरान भी निकलते हैं। आवधिक जीन सक्रियण की यह तंत्र कोशिकाओं और ऊतकों में जैविक प्रक्रियाओं को ऑर्केस्ट्रेट करती है, जिससे उन्हें दिन के विशिष्ट समय पर सिंक्रनाइज़ करने की अनुमति मिलती है।
सर्कडियन लय पाचन, प्रतिरक्षा कार्य और रक्तचाप सहित कई जैविक प्रक्रियाओं को ऑर्केस्ट्रेट करता है, जिनमें से सभी दिन के विशिष्ट समय में वृद्धि और गिरते हैं। सर्कडियन लय के दुरुपयोग चयापचय, संज्ञानात्मक कार्य और हृदय संबंधी स्वास्थ्य पर प्रतिकूल प्रभाव डाल सकता है। YassineMrabet, सीसी द्वारा एसए
कोर घड़ी जीन की खोज इस बात की समझदारी के लिए मूलभूत है कि कैसे जैविक कार्यों को आर्किस्ट्रेट किया गया है कि यह पिछले साल नोबेल समिति द्वारा मान्यता प्राप्त थी। जेफरी सी हॉल, माइकल रोसबाश और माइकल डब्ल्यू यंग ने एक साथ जीता सर्कडियन लय को नियंत्रित करने वाले आणविक तंत्र की उनकी खोजों के लिए फिजियोलॉजी या मेडिसिन में 2017 नोबेल पुरस्कार "। अन्य शोधकर्ता ने ध्यान दिया है कि अन्य सभी जीन के 40 प्रतिशत सर्कडियन लय का जवाब देते हैं, दिन के दौरान भी अपनी गतिविधि बदलते हैं।
इसने हमें एक विचार दिया: शायद हम किसी व्यक्ति के आंतरिक समय को कम करने के लिए रक्त में जीनों के एक सेट के गतिविधि स्तर का उपयोग कर सकते हैं - जब आपका शरीर यह सोचता है कि दीवार पर घड़ी क्या है, इस पर ध्यान दिए बिना। हम में से कई को हमारे वातावरण के साथ "सिंक से बाहर" महसूस करने का अनुभव मिला है - ऐसा लगता है कि यह 5 है: 00 है, भले ही हमारे अलार्म ने जोर दिया है कि यह पहले से ही 7: 00 है। यह हमारी गतिविधियों को हमारी आंतरिक घड़ी के साथ समन्वयित करने का नतीजा हो सकता है - दीवार पर घड़ी हमेशा आपके लिए यह कितनी बार सही संकेत नहीं है। जानना कि किसी की आंतरिक घड़ी का गहरा असर जीवविज्ञान और स्वास्थ्य पर हो सकता है, हम किसी व्यक्ति के शरीर में सटीक आंतरिक समय को मापने के लिए जीन गतिविधि को मापने के लिए प्रेरित थे। हमने टाइमसिग्नेचर विकसित किया: एक परिष्कृत कम्प्यूटेशनल एल्गोरिदम जो दो साधारण रक्त ड्रॉ का उपयोग करके जीन अभिव्यक्ति से किसी व्यक्ति की आंतरिक घड़ी को माप सकता है।
एक मजबूत परीक्षण डिजाइनिंग
अपने लक्ष्यों को प्राप्त करने के लिए, टाइमसिग्नेचर को आसान होना चाहिए (केवल कुछ रक्त ड्रॉ में जीन की न्यूनतम संख्या को मापना), बेहद सटीक और - सबसे महत्वपूर्ण - मजबूत। यही है, यह आपको अपने अंतर्निहित शारीरिक समय के सटीक रूप से सटीक प्रदान करना चाहिए चाहे आप अच्छी रात की नींद ले लें, हाल ही में एक विदेशी छुट्टी से लौट आए या पूरी रात एक नए बच्चे के साथ वापस आ गए। और इसे न केवल हमारे प्रयोगशालाओं में बल्कि देश भर में और दुनिया भर में प्रयोगशालाओं में काम करने की जरूरत थी।
जीन हस्ताक्षर बायोमार्कर विकसित करने के लिए, हमने स्वस्थ वयस्क स्वयंसेवकों के समूह से हर दो घंटों में हजारों माप एकत्र किए। इन मापों से संकेत मिलता है कि दिन के दौरान प्रत्येक व्यक्ति के खून में प्रत्येक जीन कितनी सक्रिय थी। हमने प्रकाशित डेटा भी इस्तेमाल किया तीन अन्य पढ़ाई जिसने समान माप एकत्र किए थे। हमने फिर एक नया मशीन लर्निंग एल्गोरिदम विकसित किया, जिसे टाइमसिग्नेचर कहा जाता है, जो कि इस डेटा के माध्यम से बायोमाकर्स के एक छोटे से सेट को खींचने के लिए गणना कर सकता है जो दिन के समय को प्रकट करेगा। 41 जीनों का एक सेट सबसे अच्छा मार्कर होने के रूप में पहचाना गया था।
हैरानी की बात है कि, सभी टाइम सिग्नेचर जीन ज्ञात "कोर घड़ी" सर्किट का हिस्सा नहीं हैं - उनमें से कई अन्य जैविक कार्यों के लिए जीन हैं, जैसे आपकी प्रतिरक्षा प्रणाली, जो दिन के दौरान उतार-चढ़ाव के लिए प्रेरित होती हैं। यह अंडरस्कोर करता है कि सर्कडियन नियंत्रण कितना महत्वपूर्ण है - अन्य जैविक प्रक्रियाओं पर इसका प्रभाव इतना मजबूत है कि हम उन प्रक्रियाओं का उपयोग घड़ी की निगरानी के लिए कर सकते हैं!
सार्वजनिक अध्ययनों में से एक से मरीजों के एक छोटे से सबसेट से डेटा का उपयोग करते हुए, हमने टाइम XignX जीन की गतिविधि के आधार पर दिन के समय की भविष्यवाणी करने के लिए टाइमसिग्नेचर मशीन को प्रशिक्षित किया। (अन्य रोगियों के डेटा को हमारी विधि का परीक्षण करने के लिए अलग रखा गया था।) प्रशिक्षण डेटा के आधार पर, टाइमसिग्नेचर "सीखने" में सक्षम था कि जीन गतिविधि के विभिन्न पैटर्न दिन के अलग-अलग समय से कैसे संबंधित होते हैं। उन पैटर्नों को सीखने के बाद, टाइमसिग्नेचर इन जीनों की गतिविधि को उस समय काम करने के लिए कर सकता है जब आपके शरीर को लगता है कि यह है। उदाहरण के लिए, हालांकि यह 41 हो सकता है: 7 बाहर है, आपके रक्त में जीन गतिविधि 00: 5 am पैटर्न से मेल खाती है, यह दर्शाती है कि यह अभी भी 00 है: 5 आपके शरीर में है।
इसके बाद हमने शेष समय पर इसे लागू करके हमारे टाइम सिग्नेचर एल्गोरिदम का परीक्षण किया, और यह दिखाया कि यह बेहद सटीक था: हम 1.5 घंटों के भीतर किसी व्यक्ति के आंतरिक समय को कम करने में सक्षम थे। हमने दुनिया भर में विभिन्न प्रयोगशालाओं में एकत्रित डेटा पर हमारे एल्गोरिदम कार्यों का भी प्रदर्शन किया, यह सुझाव दिया कि इसे आसानी से अपनाया जा सकता है। हम यह भी प्रदर्शित करने में सक्षम थे कि हमारा टाइमसिग्नेचर टेस्ट उच्च सटीकता वाले व्यक्ति के आंतरिक सर्कडियन लय का पता लगा सकता है, भले ही वे नींद से वंचित हों या जेट-लगी हुई हों।
TimeSignature के साथ स्वास्थ्य Harmonizing
सर्कडियन लय को मापने में आसान बनाकर, टाइमसिग्नेचर व्यक्तिगत दवा में समय को एकीकृत करने के लिए संभावनाओं की एक विस्तृत श्रृंखला खोलता है। यद्यपि स्वास्थ्य के लिए सर्कडियन लय के महत्व को ध्यान में रखा गया है, लेकिन वास्तव में केवल सतह को खरोंच कर दिया गया है जब यह समझने की बात आती है कि वे कैसे काम करते हैं। टाइमसिग्नेचर के साथ, शोधकर्ता अब अपने अध्ययन में आंतरिक समय के अत्यधिक सटीक उपायों को आसानी से शामिल कर सकते हैं, जिसमें केवल दो सरल रक्त ड्रॉ का उपयोग करके इस महत्वपूर्ण माप को शामिल किया जा सकता है। टाइम सिग्नेचर वैज्ञानिकों को यह जांचने में सक्षम बनाता है कि शारीरिक घड़ी विभिन्न बीमारियों के खतरे को प्रभावित करती है, नई दवाओं की प्रभावकारिता, अध्ययन करने या व्यायाम करने के लिए सबसे अच्छा समय और अधिक।
बेशक, अभी भी बहुत सारे काम किए जा रहे हैं। जबकि हम जानते हैं कि सर्कडियन मिसाइलमेंट बीमारी के लिए एक जोखिम कारक है, हम अभी तक नहीं जानते कि आपके लिए कितना गलत संरेखण बुरा है। टाइमसिग्नेचर सर्कडियन लय और बीमारी के बीच सटीक संबंधों को मापने के लिए और अनुसंधान को सक्षम बनाता है। बीमारी के साथ और बिना लोगों के समय हस्ताक्षर की तुलना करके, हम जांच कर सकते हैं कि एक बाधित घड़ी बीमारी से कैसे संबंधित है और भविष्यवाणी करता है कि जोखिम में कौन है।
सड़क के नीचे, हम कल्पना करते हैं कि टाइमसिग्नेचर आपके डॉक्टर के कार्यालय में प्रवेश करेगा, जहां आपके सर्कडियन स्वास्थ्य को कोलेस्ट्रॉल परीक्षण के रूप में जल्दी, आसानी से और सटीक रूप से निगरानी की जा सकती है। उदाहरण के लिए, कई दवाओं में खुराक के लिए इष्टतम समय होते हैं, लेकिन आपके रक्तचाप की दवा या कीमोथेरेपी लेने के लिए सबसे अच्छा समय किसी और से भिन्न हो सकता है।
इससे पहले इसे मापने के लिए कोई चिकित्सकीय व्यवहार्य तरीका नहीं था, लेकिन टाइमसिग्नेचर आपके डॉक्टर के लिए एक साधारण रक्त परीक्षण करने, 41 जीन की गतिविधि का विश्लेषण करने और उस समय की अनुशंसा करता है जो आपको सबसे प्रभावी लाभ प्रदान करेगा। हम यह भी जानते हैं कि सर्कडियन मिसाइलमेंट - जब आपके शरीर की घड़ी बाहरी समय के साथ सिंक हो जाती है - ए है इलाज संज्ञानात्मक गिरावट के लिए जोखिम कारक; टाइमसिग्नेचर के साथ, हम भविष्यवाणी कर सकते हैं कि कौन जोखिम में है, और संभावित रूप से अपने घड़ियों को संरेखित करने में हस्तक्षेप करता है।
के बारे में लेखक
रोज़ेमेरी ब्रौन, बायोस्टैटिक्स के सहायक प्रोफेसर, निवारक चिकित्सा और इंजीनियरिंग विज्ञान और एप्लाइड गणित, नॉर्थवेस्टर्न यूनिवर्सिटी
इस लेख से पुन: प्रकाशित किया गया है वार्तालाप क्रिएटिव कॉमन्स लाइसेंस के तहत। को पढ़िए मूल लेख.
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