Todos
tenemos una noción intuitiva de lo que es el reloj biológico, ese
cronómetro interno que adapta nuestra fisiología a las diferentes fases
del día y hace que experimentemos trastornos como el jet lag cuando se
produce un cambio temporal en nuestro entorno. Pero ¿cómo funciona
exactamente?
Aunque
suene a sabiduría popular, es pura química: de verdad existe un “reloj”
en el organismo que regula con precisión funciones como el
comportamiento, los niveles hormonales, el sueño, la temperatura
corporal y el metabolismo. También hay indicios de que un desajuste
crónico entre nuestro estilo de vida y el ritmo dictado por ese reloj
biológico acarrea un mayor riesgo de sufrir ciertas enfermedades. Los
científicos Jeffrey C. Hall, Michael Rosbash y Michael W. Young,
ganadores del Premio Nobel de Medicina 2017, elucidaron con los años el
funcionamiento interno de ese sistema. Esto es lo que descubrieron.
Los ritmos circadianos
La vida en la Tierra está adaptada a la rotación del planeta.
Plantas, animales y seres humanos somos capaces de anticiparnos al día y
la noche para ajustar nuestro ritmo biológico en consecuencia. Esto no
es nuevo. En el siglo XVIII, el astrónomo Jean Jacques d’Ortous de
Mairan se dio cuenta de que ciertas plantas abrían sus hojas durante el
día y las cerraban durante la noche. Se preguntó qué pasaría si la
planta fuera colocada en oscuridad constante y descubrió que,
independientemente de la luz del sol, las hojas seguían abriéndose y
cerrándose cada 24 horas. Las plantas parecían tener su propio reloj
biológico. No tardamos en darnos cuenta de que estas oscilaciones
biológicas eran una característica común de la mayoría de organismos
vivos, incluidos los animales.
Viajamos hasta los años 60. Por aquel entonces, el explorador francés
Michel Siffre pasaba largos periodos de tiempo viviendo bajo tierra,
sin reloj ni luz solar, con el fin de estudiar sus propios ritmos
biológicos. En una ocasión estuvo seis meses dentro de una cueva y su
ritmo natural se estableció un poco por encima de las 24 horas, aunque a
veces se extendía hasta las 48 horas. También en los 60, los
investigadores Jürgen Aschoff y Rütger Wever metieron a un puñado de
personas en un búnker de la Segunda Guerra Mundial y comprobaron que la
mayoría tenía un ritmo biológico de entre 24 y 25 horas, aunque algunos
se extendían hasta las 29 horas. Fue en aquella época cuando el biólogo
Franz Halberg, el principal impulsor de la cronobiología, acuñó la
expresión “ritmos circadianos” a partir de los términos circa
(“alrededor”) y diem (“día”).
El gen periodo
Pero ¿qué causa esos ritmos circadianos? En los años 70, el genetista
Seymour Benzer y su estudiante Ronald Konopka se preguntaron si podía
ser un gen, y trabajaron con moscas de la fruta para demostrar que las
mutaciones de un hipotético gen bautizado como “periodo” podía alterar
los ritmos circadianos de estos molestos insectos. No fue hasta 1984 que
Jeffrey Hall y Michael Rosbash, de la Universidad Brandeis en Boston, y
Michael Young, de la Universidad Rockefeller en Nueva York,
consiguieron aislar el gen usando moscas de la fruta.
Los investigadores demostraron que el gen periodo codifica una
proteína llamada PER, cuyos niveles oscilan en un ciclo de 24 horas en
sincronía con el ritmo circadiano. La proteína PER se acumula en la
célula durante la noche y luego se degrada durante el día. Los ganadores
del Nobel identificaron además otros componentes proteicos que
conforman un preciso mecanismo de relojería dentro de la célula que
conocemos popularmente como reloj biológico.
Un mecanismo que se regula solo
El siguiente objetivo era comprender cómo se generaban y mantenían
las oscilaciones circadianas del reloj biológico. Hall y Rosbash creían
que la proteína PER inhibía su propia síntesis con un circuito de
retroalimentación que bloqueaba el gen periodo, pero para ello tenía que
llegar al núcleo celular, donde se encontraba el material genético.
¿Cómo llegaba hasta allí?
En 1994, Michael Young descubrió un segundo gen que codificaba una
proteína llamada TIM y que era corresponsable de los ritmos circadianos.
En su estudio, Young demostró que cuando TIM se unía a PER, las
proteínas eran capaces de entrar en el núcleo de la célula para bloquear
la actividad del gen periodo y cerrar el circuito inhibitorio de
retroalimentación.
Una nueva ciencia
Hoy sabemos que una gran parte de nuestros genes están regulados por
ese mecanismo que llamamos reloj biológico. Muchas funciones de la
fisiología han sido cuidadosamente calibradas a nivel celular por
nuestro ritmo circadiano para adaptarse a las diferentes fases del día.
También sabemos que estos ciclos endógenos establecen una relación muy
estable con los ciclos ambientales, y por eso pueden fallar si pasamos
varios meses enterrados en una cueva.
La biología circadiana se ha convertido en un campo de investigación
vasto y dinámico, con implicaciones para nuestra salud y bienestar. El
reloj biológico influye incluso en cómo nos afectan y cómo se mueven los
fármacos dentro del organismo. Ahora entendemos por qué volar hacia el
este provoca más jet lag que hacerlo hacia el oeste, cuál es la mejor
hora para tomar un café o por qué a veces nos cuesta irnos a la cama
aunque tengamos que madrugar. Gracias al trabajo de Hall, Rosbash y
Young, el cuerpo humano tiene un misterio menos.
