Mekanisme genetik: bagaimana jam internal kita bekerja

2024 Pengarang: Malcolm Clapton | [email protected]. Terakhir diubah: 2023-12-17 04:00

Semua orang telah mendengar tentang jam internal, tetapi hanya sedikit orang yang tahu cara kerjanya. Dua kelompok ilmuwan dari Amerika Serikat telah melakukan penelitian skala besar untuk memahami bagaimana jam kita bekerja dan apa pengaruhnya terhadap tubuh.

Sepanjang hari, kita mendengarkan "detak" jam di dalam tubuh kita. Inilah yang membangunkan kita di pagi hari dan membuat kita merasa mengantuk di malam hari. Dialah yang menaikkan dan menurunkan suhu tubuh kita pada waktu yang tepat, mengatur produksi insulin dan hormon lainnya.

Jam internal tubuh, detak yang kita rasakan, juga disebut ritme sirkadian.

Ritme ini bahkan mempengaruhi pikiran dan perasaan kita. Psikolog mempelajari efeknya pada otak manusia dengan memaksa sukarelawan untuk mengambil tes kognitif pada waktu yang berbeda dalam sehari.

Ternyata pagi hari adalah waktu terbaik untuk melakukan tugas-tugas yang membutuhkan otak untuk multitasking. Jika Anda perlu menyimpan beberapa lapisan informasi sekaligus dan memproses data ini dengan segera, Anda harus mulai bekerja di awal hari. Tetapi paruh kedua hari itu sangat cocok untuk memproses tugas-tugas sederhana dan mudah dipahami.

Ritme sirkadian memiliki dampak besar pada mereka yang menderita depresi atau gangguan bipolar juga. Orang dengan masalah ini tidak bisa tidur nyenyak dan merasakan dorongan untuk minum sepanjang hari. Beberapa pasien demensia mengalami "efek matahari terbenam" khusus: pada akhirnya mereka menjadi agresif atau tersesat dalam ruang dan waktu.

“Siklus tidur dan aktivitas adalah bagian penting dari penyakit mental,” kata Huda Akil, seorang ahli saraf di University of Michigan. Oleh karena itu, para ahli saraf sedang berjuang untuk memahami bagaimana jam internal kita bekerja dan apa pengaruhnya terhadap otak kita. Tetapi para peneliti tidak bisa begitu saja membuka tengkorak dan melihat sel-sel bekerja sepanjang waktu.

Beberapa tahun yang lalu, University of California menyumbangkan otak untuk penelitian, yang dengan hati-hati diawetkan setelah kematian pendonor. Beberapa dari mereka meninggal di pagi hari, yang lain di sore atau malam hari. Dr. Akil dan rekan-rekannya memutuskan untuk mempelajari apakah satu otak berbeda dari yang lain dan apakah perbedaan itu tergantung pada saat pendonor meninggal.

“Mungkin tebakan kami tampak sederhana bagi Anda, tapi entah kenapa tidak ada yang memikirkannya sebelumnya,” kata Dr. Akil.

Dia dan rekan-rekannya memilih spesimen otak dari 55 orang sehat yang meninggal dalam kecelakaan mendadak, seperti kecelakaan mobil. Dari setiap otak, para peneliti mengambil sampel jaringan dari lobus yang bertanggung jawab untuk belajar, memori dan emosi.

Pada saat kematian donor, gen dalam sel otak secara aktif mengkodekan protein. Berkat fakta bahwa otak dengan cepat diawetkan, para ilmuwan dapat menilai aktivitas gen pada saat kematian.

Sebagian besar gen yang diuji para peneliti tidak menunjukkan pola apa pun dalam kinerjanya sepanjang hari. Namun, lebih dari 1.000 gen menunjukkan siklus aktivitas harian. Otak orang-orang yang meninggal pada waktu yang sama menunjukkan gen yang sama bekerja.

Pola aktivitasnya hampir sama, sedemikian rupa sehingga dapat digunakan sebagai stempel waktu. Hampir tidak salah lagi untuk menentukan kapan seseorang meninggal, berkat pengukuran aktivitas gen-gen ini.

Kemudian para peneliti menguji otak para pendonor yang menderita depresi klinis. Di sini stempel waktu tidak hanya dirobohkan: tampaknya pasien-pasien ini tinggal di Jerman atau di Jepang, tetapi tidak di Amerika Serikat.

Hasil pekerjaan yang dilakukan diterbitkan pada tahun 2013. Para peneliti di University of Pittsburgh terinspirasi oleh mereka dan mencoba mereproduksi eksperimen tersebut.

“Kami tidak pernah memikirkan penelitian seperti ini sebelumnya,” kata ahli saraf Colleen McClung. Dr McKlang dan rekan-rekannya mampu menguji 146 spesimen otak dari program donor universitas. Hasil percobaan dipublikasikan baru-baru ini.

Namun tim Dr. McClang tidak hanya mampu mengulang hasil eksperimen sebelumnya, tetapi juga mendapatkan data baru. Mereka membandingkan pola aktivitas gen di otak orang muda dan tua dan menemukan perbedaan yang menarik.

Para ilmuwan berharap menemukan jawaban atas pertanyaan: mengapa ritme sirkadian manusia berubah seiring bertambahnya usia? Lagi pula, seiring bertambahnya usia, aktivitas menurun dan ritme berubah. Dr. McClang menemukan bahwa beberapa gen yang paling aktif dalam siklus harian tidak lagi digunakan pada usia 60 tahun.

Ada kemungkinan bahwa beberapa orang tua berhenti memproduksi protein yang dibutuhkan untuk menjaga jam internal mereka tetap berjalan.

Juga, para peneliti terkejut menemukan bahwa beberapa gen dimasukkan dalam pekerjaan sehari-hari yang aktif hanya di usia tua. “Tampaknya otak mencoba mengkompensasi penghentian beberapa gen oleh pekerjaan orang lain dengan mengaktifkan jam ekstra,” kata Dr. McClang. Mungkin kemampuan otak untuk menciptakan ritme sirkadian cadangan adalah pertahanan terhadap penyakit neurodegeneratif.

Beralih ke jam internal cadangan dapat digunakan oleh dokter untuk mengobati gangguan ritme sirkadian. Para peneliti sekarang bereksperimen dengan gen hewan dan mencoba memahami bagaimana gen jam internal diaktifkan dan dimatikan.

Dengan kata lain, para ilmuwan mendengarkan "berdetak" dan ingin memahami: apa yang coba disampaikan oleh otak kepada kita?