Nobel de Medicina reconoce a tres estadounidenses expertos en el reloj biológico

Todos los seres vivos tenemos un "reloj biológico interno" que regula nuestros procesos celulares, la generación de hormonas y proteínas y la función de los órganos según el momento del día.

Este reloj se conoce con el nombre de ritmo circadiano o ciclo circadiano y tiene una duración aproximada de 24 horas, relacionadas con la rotación de la Tierra, la temperatura y la cantidad de luz.

Este ritmo se controla gracias a dos genes, y cada uno de ellos codifica una proteína que regula cómo se comporta el cuerpo de todo ser vivo según el momento del ciclo.

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El descubrimiento de estos genes y sus proteínas hizo que tres científicos estadounidenses fueran merecedores este lunes del Premio Nobel de Medicina o Fisiología 2017. Ellos recibirán 9 millones de coronas suecas (unos 940.000 euros o $1,1 millones).

Los galardonados son Jeffrey C. Hall, Michael Rosbash y Michael W. Young, quienes dedicaron su vida a estudiar el funcionamiento del reloj biológico y sus características.

De acuerdo el Instituto Karolinska de Estocolmo, encargado de entregar esta categoría de premio, "los descubrimientos de los mecanismos moleculares que regulan el ritmo circadiano ayudaron a la comprensión de cómo funcionan los organismos vivos".

A raíz del Nobel, el fisiólogo costarricense Oscar Brenes explicó la importancia de este ciclo: "Todos los sistemas del cuerpo se regulan por ciclos a lo largo del día. Permiten que se coordinen diferentes sistemas de órganos según ciclos de luz y oscuridad. Por ejemplo, todos hemos escuchado que dormir es vital para la memoria. Esto es parte del ciclo circadiano trabajando para que todo el cuerpo funcione mejor".

A modo de broma, Rosbash (uno de los ganadores) reconoció que la noticia del premio le interrumpió su ritmo circadiano.

"Yo estaba en un sueño profundo cuando sonó el teléfono. La noticia no podía ni entenderla. Estaba casi sin respiración, mi esposa fue quien tuvo que recordarme 'respira, respira'", dijo en entrevista para la organización Nobel.

Prosiguió: "Desde antes de que la atmósfera tuviera la constitución que ahora tiene, y que la nutrición sea como es hoy, la Tierra ya rotaba en su axis y el ciclo de luz y oscuridad ya influía en los comienzos de la vida. Todo ha sido la forma en que nos adaptamos al ambiente".

Las moscas fueron inspiración

Como sucede con muchos descubrimientos del funcionamiento de los seres vivos, las investigaciones del ritmo circadiano comenzaron con el análisis de las drosophilas, las moscas que usualmente vemos alrededor de frutas muy maduras.

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Según los expertos, estos insectos son útiles para la comprensión de muchos procesos biológicos, porque tienen una base genética similar a los mamíferos (cerca del 50% de la secuencia de proteínas de esa mosca pueden verse en estos animales).

"Los principales estudios de estos genes (implicados en el ritmo circadiano) se hicieron con la mosca de la fruta, pero igual aplica para animales mucho más complejos, como nosotros. La drosophila es un modelo genético que se utiliza mucho para la comprensión de procesos humanos", detalló la genetista costarricense Gabriela Chavarría.

Antes de los hallazgos de los actuales ganadores del Nobel, otros científicos de apellidos Benzer y Konopka, tenían la hipótesis de que genes muy específicos podrían tener papeles determinantes en los procesos biológicos más básicos.

Ellos vieron cómo algunas drosophilas no presentaban los mismos patrones de comportamiento, la mayoría tenían ciclos de 24 horas como casi todos los seres vivos, pero en otras eran de 19 o 28 horas.

Al analizar la genética, vieron cómo quienes tenían ciclos con diferente longitud poseían una mutación en un gen del cromosoma X. A este gen lo bautizaron con el nombre de "period" (período).

Sin embargo, ni Benzer ni Konopka pudieron aislarlo para secuenciarlo molecularmente.

En 1984, Hall y Michael Rosbash (quienes trabajaban juntos en la Universidad Brandeis de Boston, Estados Unidos) y Young, de la Universidad Rockefeller de Nueva York, sí lograron el cometido y se dedicaron a estudiarlo.

Conforme fueron escudriñando el tema, comprendieron más la función del gen. Hall y Rosbash demostraron que si "period" funciona correctamente, codifica una proteína que se acumula en las células durante la noche, y se degrada durante el día. A esta proteína la llamaron PER.

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La proteína PER se produce en el citoplasma de la célula (zona encargada de almacenamiento de sustancias). Luego, se acomoda en el núcleo durante la noche y se degrada progresivamente durante el día para ayudar en el cumplimiento de las diferentes funciones biológicas.

Así los científicos lograron ver cómo actuaba PER, pero no entendían cómo se generaban y se mantenían las oscilaciones de las diferentes horas del reloj biológico.

Diez años después del descubrimiento de PER, Young halló otro gen clave en el ritmo circadiano que le dio explicación al fenómeno. A este nuevo gen le puso por nombre "timeless" ("eterno" o "más allá del tiempo").

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Young vio que "timeless" codificaba una proteína denominada TIM. Cuanto PER y TIM trabajan en conjunto, logran mantener las diferentes fases del ciclo funcionando.

Sin embargo, aún quedaban varias dudas. Por ejemplo, ¿qué controla la frecuencia de cada oscilación?

Tiempo después Young descubrió el gen "doubletime" (doble tiempo), que codifica la proteína DBT. Esta regula que no se acumule la proteína PER y la retrasa para así procurar que el ciclo dure 24 horas.

"Lo fascinante de este descubrimiento es que hallaron genes que se autorregulan. Es decir, la misma proteína que codifica el gen es la que regula y controla la expresión del gen. Otra cosa fascinante es ver que esto funciona a nivel celular, cada célula tiene su reloj", afirmó la genetista Chavarría.

Aporte a otros científicos

Los descubrimientos de los tres laureados con el Nobel también dieron pie a que otros investigadores dieran con más genes implicados en el ritmo circadiano.

Por ejemplo, en 1998, Joseph Takahashi descubrió dos genes nuevos ligados a este proceso: "clock" (reloj) y "cycle" (ciclo). Las proteínas codificadas por ellos cumplen roles específicos en cómo funciona nuestro cuerpo a las diferentes horas del día y a la cantidad de luz y oscuridad que tenemos.

Varios científicos aseguran que la evidencia acumulada hasta ahora da señales de que no tenemos un solo reloj biológico y que nuestro cuerpo es más bien como una tienda de relojes en la que todos están engranados, con diferente función.

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¿Cómo nos afecta este ciclo?

¿Cómo es el reloj interno del ser humano? Aunque cada persona tiene su propio reloj, hay aspectos que son comunes en todos los individuos. Veamos algunos ejemplos:

La etapa de sueño profundo, que usualmente tiene lugar en altas horas de la noche y primeras de la madrugada, sirve para poner en acción a diferentes proteínas y hormonas.

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Luego, se sabe que a las 4 a. m. es cuando nuestro cuerpo tiene la menor temperatura y puede estar unas décimas más frío.

A las 6 a. m., con los primeros rayos de sol, es cuando comienza a liberarse cortisol, la llamada "hormona del estrés", que también está relacionada con la energía para realizar las distintas actividades diarias.

Asimismo, a las 9 a. m. suele aumentar la presión arterial; cerca de las 11 a. m. experimentamos el estado de alerta máximo y a las 3 p. m. nuestros tiempos de reacción son más rápidos.

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A las 6 p. m., con la caída de la luz solar, sube la temperatura corporal a su máximo (unas pocas décimas más de los 36,5 ° C o 37 °C). A las 8 p. m. nuestra presión arterial vuelve a subir y ya para las 10 p. m. comienza la secreción de melatonina, principal hormona responsable de ciclos de sueño y vigilia.

¿Qué pasa si se interrumpe este ciclo, o si las horas de luz cambian?

Para el fisiólogo Brenes, en países donde en verano hay muchas más horas de sol y todavía hay claridad a las 9 p. m., el cuerpo logra adaptarse de manera natural. Lo mismo sucede en invierno, cuando oscurece más temprano.

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"En los seres humanos también pasa algo curioso. Hemos alterado artificialmente este ciclo con la luz artificial. Entonces, pueden ser las 11 p. m. y si tenemos todas las luces encendidas y realizamos actividades, es posible que nuestro cuerpo no entienda que ya debería estar en otra fase circadiana", expresó el fisiólogo.

Por esta razón es que no se recomienda usar pantallas como las del celular o tabletas antes de dormir. También es por este motivo que los médicos piden a quienes sufren de insomnio que no permitan que entre luz al momento de conciliar el sueño.

¿Qué pasa en los viajes trasatlánticos cuando se pasa en pocas horas a otro huso horario? Tanto Brenes como Chavarría coinciden en que el cuerpo humano dura cerca de una semana en adaptar su reloj interno.

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Sin embargo, hay algo que preocupa más a la ciencia, y son las personas que tienen tiempos de sueño y vigilia diferentes al resto de la población, como quienes trabajan de noche y duermen de día.

Se ha visto que estos individuos tienen mayor riesgo de envejecimiento prematuro, diabetes, hipertensión y niveles altos de colesterol y triglicéridos. ¿Cómo ayudarlos? esto significa todo un reto para los investigadores.