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El ritmo circadiano

Jeffrey Hall de la Universidad de Maine en Orono, Micheal Rosbash de la Universidad de Brandeis en Waltham (Massachussets) y Michael Young de la Universidad de Rockefeller en la ciudad de Nueva York, compartieron el premio novel de fisiología o medicina en 2017 por sus estudios acerca de cómo varios genes trabajan de forma conjunta para controlar el reloj circadiano del organismo. En general, sus descubrimientos explican cómo las plantas, los animales y los seres humanos adaptan y coordinan su ritmo biológico para que se sincronice con el ciclo día / noche de la tierra.

Comprender el reloj circadiano resulta a su vez necesario para entender como los organismos coordinan varios elementos de su metabolismo en todo su cuerpo, tales como la subida y bajada de las hormonas o la importancia del sueño en la formación de la memoria.

Los investigadores usaron moscas de la fruta para identificar genes que cuando sufren mutaciones, alternan el ritmo circadiano. Identificaron los componentes bioquímicos que producen estos genes, el ARN y las proteínas, y describieron cómo se regulan, con el fin de llegar a comprender los mecanismos que mantienen esta maquinaria celular de precisión que origina el ritmo circadiano.

 

El ritmo circadiano universal

Todos los organismos poseen ritmos circadianos, desde organismos muy simples como las algas unicelulares a los humanos. Es un proceso fisiológico básico de gran importancia que ayuda a que el cuerpo se regule a si mismo a lo largo del día. El sistema entero afecta al sueño, a la conducta, a los niveles de hormonas, a la temperatura corporal y al metabolismo, así como otros muchos aspectos fundamentales de la vida.

La presencia del reloj biológico ya fue descrita hace muchos años, en el siglo XVIII. El astrónomo Francés Jacques d’Ortous de Mairan descubrió que las hojas de las mimosas se abrían al amanecer y se cerraban al anochecer. Más tarde, en 1729, mostró que la planta continuaba este ciclo incluso aunque se mantuviera en la oscuridad. Pero hasta el Siglo XX no llegó a establecerse la idea de que existía un reloj interno, en contra a la idea de que la luz controlaba esos ritmos, externamente. No obstante, cómo funcionaba, permanecía un misterio.

 

Las bases genéticas del reloj biológico

Las primeras pistas acerca de las bases genéticas de un ciclo fisiológico diario  se descubrieron en moscas de la fruta en la década de los setenta. Los investigadores aislaron un gen llamado period que controla el ritmo biológico diario normal (hyperlink). Young, Hall y Rosbach consiguieron sequenciar el gen en 1984. Hall y Rosbach también mostraron que su proteína, llamada PER, aumentaba y disminuya a lo largo de 24 horas, con un pico máximo por la noche y que se degradaba durante el día. Sospecharon que el reloj se controlaba mediante un bucle de retroalimentación en el que niveles elevados de PER interferían en la función del gen period, inhibiendo su actividad, lo que provocaba una bajada de sus niveles. Pero para que PER, que es una proteína que se fabrica en el citoplasma celular, pudiera actuar era necesario que entrara en el núcleo de la célula. Young descubrió cómo lo hacía. En 1994 halló un segundo gen reloj, atemporal, que sintetizaba una proteína cuya cantidad variaba a lo largo de un ciclo de 24 horas (hyperlinnk). Cuando la proteína atemporal TIM se acoplaba a PER podían entrar en el núcleo para inhibir el gen period.

La investigación exponía el mecanismo que gobierna esta precisa maquinaria de auto-regulación dentro de la célula. Actualmente, los científicos reconocen que los relojes biológicos funcionan bajo los mismos principios en las células de otros organismos multicelulares, incluyendo el organismo humano.

 

Una cascada de consecuencias

El ritmo circadiano es importante para la comprensión básica de la vida, dado que todos los organismos responden al sol y su comportamiento está marcado por el ciclo luz-oscuridad. Por consiguiente, es inherente en la mayoría de mecanismos metabólicos funcionales de la vida. El bienestar puede verse fácilmente afectado cuando de produce un desequilibrio temporal entre nuestro ambiente externo y este reloj biológico interno.

Desde los descubrimientos de estos tres premios Nobel, la biología circadiana se ha desarrollado como un campo de investigación amplio y de enorme dinamismo (hyperlink), con implicaciones para la salud y bienestar humanos. Esto es especialmente cierto dado que la era de la tecnología moderna tiende a distorsionar e incluso eliminar los patrones de tiempo y luz normales. Las consecuencias de los estilos de vida que alteran los ritmos circadianos todavía no se han averiguado, pero existe una evidencia clara de que los cambios de turno en el trabajo provocan cambios en la presión arterial y la función cardíaca.

Este es solamente un ejemplo en el que un desequilibrio en el ritmo circadiano se relaciona con un aumento en el riesgo de padecer varias enfermedades, y que en general, el tratamiento de las enfermedades también puede verse influenciado por los ritmos circadianos. Los descubrimientos con la mosca de la fruta realizados hace tantos años por Jeffrey Hall, Michael Rosbash y Michael Young permitieron construir un cuerpo de conocimiento acerca la relación entre ritmos circadianos y buena salud.

 

 

Referencias bibliográficas: 

http://www.sciencemag.org/news/2017/10/timing-everything-us-trio-earns-nobel-work-bodys-biological-clock

http://www.independent.co.uk/news/science/nobel-prize-medicine-winner-announce-circadian-rhythm-time-biological-clock-a7978261.html

http://www.nature.com/news/medicine-nobel-awarded-for-work-on-circadian-clocks-1.22736

https://www.theguardian.com/science/live/2017/oct/02/the-2017-nobel-prize-in-physiology-or-medicine-live

 


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