நோபல் பரிசை வென்றெடுத்த ’உயிரியல் கடிகாரம்’ ஆய்வின் விவரம்!

நோபல் பரிசை வென்றெடுத்த ’உயிரியல் கடிகாரம்’

ஆய்வின் விவரம்!

உயிரியல் கடிகாரம் செயல்படும் முறையைக் கண்டறிந்த விஞ்ஞானிகள் ஜெஃப்ரி சி.ஹால், மைக்கேல் ரோஸ்பாஸ் மற்றும் மைக்கேல் டபிள்யூ.யங் ஆகியோருக்கு 2017-ம் ஆண்டுக்கான மருத்துவத்துறை நோபல் பரிசு பகிர்ந்தளிக்கப்பட்டுள்ளது.

பூமியில் வாழும் உயிரினங்கள் அனைத்தும் புவியின் சுழற்சிக்கேற்ப தன்னுடைய உடலைத் தகவமைத்துக்கொள்கின்றன. மனிதன் உட்பட அனைத்து உயிரினங்களும் புவியின் சுழற்சிக்கேற்ப தங்களுடைய உடலைத் தகவமைத்துக்கொள்வதற்காக, அதற்காகப் பிரத்யேக உயிரியல் கடிகாரத்தைக் (Biological Clock) கொண்டுள்ளன என்பதை நாம் அறிவோம். நமது நாட்டுடன் நேர அளவில் மாறுபட்ட நாடுகளுக்குப் பயணிக்கும்போது, அந்தச் சூழலை ஏற்றுக்கொள்ளும் வரை ஜெட் லாக் ஏற்படுவதுண்டு. உயிரியல் கடிகாரம் எப்படி செயல்படுகிறது என்பதைக் கண்டறிந்ததுக்காகவே மேற்கூறிய 3 விஞ்ஞானிகளுக்கும் நோபல் பரிசு அறிவிக்கப்பட்டுள்ளது.

மனிதன் உட்பட அனைத்து விலங்குகளுக்குள்ளும் சுற்றுச்சூழல் மாறுபாடுகளை உணர்ந்துகொள்ளும் விதமாக உயிரியல் கடிகாரம் இருக்கிறது என்பது 18-ம் நூற்றாண்டில் நடத்தப்பட்ட ஆய்வுகள் மூலமே உறுதிப்படுத்தப்பட்டுவிட்டது என்றே கூறலாம். அந்த காலகட்டத்தில் ஜேக்குஸ் டி மாய்ரான் எனும் வானியல் அறிஞர், மிமோசா எனும் தாவரங்கள் (Mimosa Plants) குறித்து ஆய்வுகளை மேற்கொண்டார். பகலில் அந்தத் தாவரங்கள் சூரியனை நோக்கி இலைகளை அகல விரித்தும், இரவில் தரையை நோக்கி கவிழ்ந்தும் இருப்பதைக் கண்டறிந்தார். அதேபோல் மனிதர்கள், விலங்குகளுக்குள்ளும் சுற்றுச்சூழல் மாற்றத்தை உணர்ந்துகொள்ளும் விதமாக உயிரியல் கடிகாரங்கள் இருப்பதை மற்ற ஆய்வுகள் உறுதி செய்தன. தினசரி நிகழும் இந்த மாற்றம் சிர்காடியன் ரிதம் (Circadian Rhythm) என்றழைக்கப்படுகிறது. ஆனால், இந்த உயிரியல் கடிகாரம் எப்படி செயல்படுகிறது என்பது இதுவரை மர்மமாகவே இருந்து வந்தது.

ஃப்ரூட் ஃப்ளை (Fruit Flies) எனும் பழங்களில் மொய்க்கும்  ஒரு வகை ஈக்களில்  உயிரியல் கடிகாரத்தைக் கட்டுப்படுத்தும் மரபணுவைக் கண்டறிய முடியுமா என்ற கேள்வியுடன் சீமோர் பென்சார் மற்றும் அவரின் மாணவரான ரொனால்ட் கனாபா ஆகியோர் ஆய்வை மேற்கொண்டார். அந்த ஈக்களில் உள்ள ஒரு மரபணுவில் நடக்கும் மாற்றங்கள் சிர்காடியன் ரிதம் நிகழ்வைப் பாதிப்பதை அவர்கள் கண்டறிந்து, அந்த மரபணுவுக்கு பீரியட் (Period) என்று பெயரிட்டனர். ஆனால், எந்த வகையில் சிர்காடியன் ரிதத்தை அந்த மரபணுக்கள் மாற்றுகின்றன என்ற கேள்விக்கு விடைகாண அவர்களால் முடியவில்லை.

அதே ஃப்ரூட் ஃப்ளை ஈக்களை அடிப்படையாகக் கொண்டு, அவற்றில் உயிரியல் கடிகாரம் எவ்வாறு செயல்படுகிறது என்பதைக் கண்டறிவதற்கான ஆய்வை தற்போது நோபல் பரிசை வென்றிருக்கும் விஞ்ஞானிகள் மேற்கொண்டனர். அமெரிக்காவின் போஸ்டன் நகரில் உள்ள பிராண்டிஸ் பல்கலைக்கழகத்தில் ஆய்வுமேற்கொண்ட ஜெஃப்ரி ஹால் மற்றும் மைக்கேல் ரோஸ்பாஸ், நியூயார்க்கில் உள்ள ராக்ஃபெல்லார் பல்கலைக்கழகத்தில் ஆய்வு மேற்கொண்டிருந்த மைக்கேல் யங் ஆகியோரும் இணைந்து சிர்காடியன் ரிதத்தில் முக்கியப் பங்கு வகிக்கும் பீரியட் (Period) மரபணுவைக் கடந்த 1984-ல் வெற்றிகரமாகத் தனியாகப் பிரித்தனர். பின்னர், சிர்காடியன் ரிதத்தில் முக்கியப் பங்காற்றும் பீரியட் மரபணுவில் சுரக்கப்படும் பிஇஆர் (PER) எனும் புரதத்தை ஜெஃப்ரி ஹால் மற்றும் மைக்கேல் ரோஸ்பஸ் ஆகியோர் கண்டறிந்தனர். பிஇஆர் எனும் அந்தப் புரதம் இரவு நேரத்தில் அதிகமாகச் சுரக்கப்படுவதும், பகல் நேரத்தில் அளவு குறைவதையும் அவர்கள் கண்டறிந்தனர். 24 மணி நேரத்தில் சிர்கார்டியன் ரிதத்தை ஒத்து பிஇஆர் புரத்தின் அளவில் மாற்றம் ஏற்படுவதையும் அவர்கள் நிரூபித்தனர்.

தூக்கம், ஹார்மோன் செயல்பாடு மற்றும் ரத்த அழுத்தம் போன்ற செயல்பாடுகளை மனித உடலில் உள்ள உயிரியல் கடிகாரமே கட்டுப்படுத்துகிறது. இந்தக் கண்டுபிடிப்பு மூலம் மனித உடலியல் குறித்த ஆய்வில் முக்கியமான மைல்கல்லை மருத்துவ உலகம் எட்டியிருப்பதாக நோபல் பரிசுக்குழு விஞ்ஞானிகளைப் பாராட்டியுள்ளது.   

Figure 1. An internal biological clock. The leaves of the mimosa plant open towards the sun during day but close at dusk (upper part). Jean Jacques d’Ortous de Mairan placed the plant in constant darkness (lower part) and found that the leaves continue to follow their normal daily rhythm, even without any fluctuations in daily light.

Figure 2A. A simplified illustration of the feedback regulation of the period gene. The figure shows the sequence of events during a 24h oscillation. When the period gene is active, period mRNA is made. The mRNA is transported to the cell’s cytoplasm and serves as template for the production of PER protein. The PER protein accumulates in the cell’s nucleus, where the period gene activity is blocked. This gives rise to the inhibitory feedback mechanism that underlies a circadian rhythm. 

. Figure 3. The circadian clock anticipates and adapts our physiology to the different phases of the day. Our biological clock helps to regulate sleep patterns, feeding behavior, hormone release, blood pressure, and body temperature.