Hai mai notato che il tempo che assumi la tua dose quotidiana di caffeina può cambiare il modo in cui ti influenza?

Troppo presto e potresti sentire un crollo pomeridiano. Troppo tardi e potresti stare sveglio tutta la notte. Ciò è dovuto al modo in cui la droga caffeina influisce sugli ormoni del tuo corpo che sono una parte importante del tuo ritmo quotidiano.

Questo ritmo quotidiano, o orologio circadiano, ha un'enorme influenza sulla tua salute e sul tuo benessere. La cronomedicina applica questa conoscenza per curare le malattie.

Gran parte di questo è capire quali particolari farmaci o trattamenti sono più efficaci in determinati momenti della giornata. Può anche dirci il momento ottimale dei nostri pasti o quando otterremo il massimo beneficio dall'esercizio.

Questo perché il nostro orologio circadiano accende e spegne almeno un terzo dei nostri geni, così come le proteine ​​che producono, ogni giorno. I geni che vengono attivati ​​in un determinato momento determineranno il modo in cui il nostro corpo risponde alle cose che facciamo, sia sane che malsane.

Come noi, anche le piante hanno un orologio circadiano che controlla i ritmi sia giornalieri che stagionali che influenzano il metabolismo e la crescita. E l'ora del giorno in cui una pianta subisce uno stress ambientale, come calore, siccità o agenti patogeni, può influenzare la risposta della pianta.

La cronocoltura è un concetto emergente che esamina come sfruttare l'orologio circadiano delle colture per migliorarne i raccolti.

Ad esempio, l'ottimizzazione dell'ora del giorno dell'irrigazione o l'applicazione di fertilizzanti ed erbicidi per sincronizzarsi con l'orologio circadiano potrebbe aumentare l'efficacia o ridurre la quantità di manutenzione necessaria.

La mia ricerca di laboratorio mira a capire come il metabolismo influenzi i ritmi circadiani delle piante, che è fondamentale per le piante al fine di ottimizzare l'uso della luce solare per la fotosintesi e gestire le riserve di energia durante la notte.

Nel nostro articolo più recente, guidato da Ph.D. studente Xiang Li, abbiamo utilizzato un approccio chiamato biologia chimica, che utilizza farmaci o composti simili a farmaci per apprendere come funziona un sistema biologico.

Abbiamo cercato tra più di 1.000 farmaci, tra cui ibuprofene, aspirina e caffeina, noti per avere un effetto sulle cellule animali per vedere se influenzano il controllo metabolico dell'espressione genica circadiana nelle piante.

E abbiamo scoperto che un numero sorprendentemente elevato di questi farmaci ha effetto sulle cellule vegetali. Questo perché il modo in cui funzionano le cellule vegetali è molto simile a quello delle cellule animali.

Ad esempio, uno dei farmaci che abbiamo usato era l'isetionato di pentamidina, che è usato per curare la malattia del sonno e la polmonite grave. Questo farmaco agisce nelle cellule nervose degli animali. Le piante non hanno un sistema nervoso, ma hanno modi per trasmettere segnali intorno alla pianta che si basano su proteine ​​simili.

Il farmaco ha gravemente compromesso la crescita delle piante e ha rallentato la velocità dell'orologio circadiano delle piante.

La nostra ricerca potrebbe aiutare a capire esattamente come funziona questo farmaco osservando da vicino le somiglianze tra le proteine ​​vegetali e animali.

Altri farmaci che abbiamo trovato sembrano funzionare in modo diverso nelle cellule vegetali, perché ciò che il farmaco target è apparentemente assente nelle piante. Ad esempio, i farmaci che influenzano la neurotrasmissione della serotonina. Le piante producono serotonina, ma sappiamo relativamente poco del suo ruolo nelle piante e di come funziona.

Esempi come questo sono entusiasmanti perché rappresentano potenziali nuovi bersagli farmacologici e aprono la possibilità di utilizzare alcuni di questi farmaci in modi nuovi.

Allora, cosa possiamo fare con questa nuova conoscenza?

Potenzialmente, alcuni di questi farmaci potrebbero trasformarsi in nuovi erbicidi. Oppure potremmo essere in grado di aumentare la crescita delle colture attivando il metabolismo al momento giusto della giornata. Oppure, allo stesso modo in cui usiamo la nostra dose di caffeina, potremmo mettere a punto i ritmi circadiani per aumentare le prestazioni del raccolto.

Un vantaggio particolare dell'uso della biologia chimica è che possiamo facilmente testare l'effetto di questi farmaci in altre specie. Ciò potrebbe includere una serie di specie di colture o altri organismi vulnerabili in questo ambiente, come gli insetti.

Ciò potrebbe garantire che qualsiasi nuovo intervento agricolo abbia un impatto ecologico minimo.

Ma a breve termine, questi farmaci con effetti recentemente identificati offrono interessanti opportunità per saperne di più su come il metabolismo delle piante è collegato ai ritmi circadiani. Questo ci porta un passo avanti verso la realizzazione della cronocultura.