Todos los organismos tienen un "reloj biológico", un mecanismo endógeno, con sede en el cerebro, que procesa información del ambiente (como la luz y la temperatura) y produce respuestas acordes.
Se sabe que el reloj biológico está compuesto por varios grupos de neuronas que trabajan de manera sincronizada para procesar los datos recibidos y regulan procesos fisiológicos como el sueño y la vigilia a intervalos regulares. Sin embargo, todavía existen discusiones sobre los detalles.
Por ejemplo, se creía que, a diferencia de lo que sucede en el ser humano, en la mosca de la fruta (que es el modelo utilizado en los estudios de laboratorio) la actividad eléctrica que resultaba determinante para el correcto funcionamiento del reloj biológico se originaba en la membrana de esas neuronas. Ahora, según información de la Agencia CyTA, un equipo de investigadores del Instituto Leloir acaba de refutarlo. Liderado por la doctora Fernanda Ceriani, el grupo pudo demostrar que el verdadero motor del reloj tanto en la mosca como en el ser humano se encuentra en el núcleo y no en las membranas. El trabajo acaba de publicarse en una prestigiosa revista científica, Current Biology .
La mosca de la fruta o Drosophila melanogaster se emplea desde hace décadas como modelo de estudio para dilucidar cómo funciona ese mecanismo de relojería en el ser humano. Entre otras cosas, se la prefiere porque es más fácil de mantener y alimentar que otros modelos experimentales, como los ratones. Tiene ciclos de vida más cortos y es muy fácil conseguir mutantes con casi todas las variaciones de genes posibles para comprender mejor con qué mecanismos están relacionados. Pero dos trabajos previos establecían que, en un punto, el reloj biológico de la Drosophila funcionaba de un modo diferente al de los mamíferos, lo que de algún modo ponía en crisis a la mosca de la fruta como modelo experimental para estos procesos.
Un mecanismo muy preciso
El sistema nervioso central de la mosca de la fruta tiene 200.000 neuronas, pero sólo alrededor de 200 forman la red circadiana. "De ese grupo, hay 16 neuronas llamadas laterales ventrales -ocho en cada hemisferio del cerebro- que son esenciales para regular la actividad y el reposo de la mosca. Si se eliminan, los animales se mueven de igual modo a lo largo de 24 horas, sin saber cuándo descansar", explica Ceriani.
Las neuronas informan al resto del organismo si debe dormir o descansar por medio de dos mecanismos. "Por una parte, liberan una pequeña proteína neuromoduladora (llamada PDF, por pigment dispersing factor ), que transporta la información temporal. Por otra parte, modifican la excitabilidad de su membrana, disparando descargas eléctricas que viajan al resto del organismo a través de las neuronas", explica la científica.
Ceriani agrega que ese reloj biológico está formado por una docena de genes que dirigen la síntesis de proteínas cuya abundancia y actividad fluctúa a lo largo del día.
Hasta ahora se creía que el origen de las oscilaciones -esto es, los ritmos que impone el reloj biológico al resto del cuerpo- no residía en el núcleo de las neuronas, sino más bien en su membrana.
"Al bloquear el paso de las descargas eléctricas en las membranas de las neuronas laterales ventrales hacia afuera, el doctor Michael Nitabach y sus colegas [autores de uno de los trabajos previos] observaron básicamente dos cosas: que las moscas se volvían arrítmicas y que las oscilaciones moleculares del reloj dejaban de funcionar", dice Ceriani. Y continúa: "Ellos concluyeron que la actividad eléctrica que se genera en la membrana es un componente esencial del reloj biológico, pero nuestros resultados indicaron lo contrario. Las propiedades eléctricas son como las manecillas del reloj, pero no constituyen una parte integral del engranaje que lo mantiene en funcionamiento".
Nuevo enfoque
Ceriani y su equipo realizaron un experimento similar, pero en vez de incidir en embriones, eligieron un momento específico de su vida adulta. Empleando novedosas técnicas de manipulación genética acallaron la membrana de esas células.
"Al igual que en el experimento de Nitabach, las moscas se volvieron arrítmicas -agrega la investigadora-, ya que el reloj biológico no podía «pasarle la hora» al resto del cerebro y el cuerpo; sin embargo, para nuestra sorpresa observamos que el reloj biológico seguía funcionando en el interior de las neuronas, en forma correcta y sincronizada. Así demostramos que las oscilaciones del reloj tienen su origen en la actividad cíclica de proteínas que operan en el núcleo y el citoplasma de las neuronas. En cambio, la actividad eléctrica en su membrana no es parte del engranaje, sino que más bien actúa como las manecillas del reloj."
Consultado sobre la relevancia de este trabajo, el especialista en cronobiología, Horacio de la Iglesia, investigador del Departamento de Biología de la Universidad de Washington, afirma que "hasta el momento, en la mosca de la fruta se creía que alterar las propiedades eléctricas de las «neuronas reloj» interfería con su mecanismo de funcionamiento básico; es decir, rompía los engranajes. Este trabajo claramente muestra que no es el caso."
Y agrega: "Gran parte de la concepción errónea que se tenía del rol de la actividad eléctrica en las neuronas reloj se basaba en estudios que habían alterado esa actividad en etapas tempranas del desarrollo. En cambio, el grupo de la doctora Ceriani abordó el tema con un toque de elegancia único. Desarrollaron una técnica que permite apagar eléctricamente las neuronas reloj, pero sólo de forma transitoria en el cerebro adulto. El resultado fue tan sorpresivo como irrefutable: mientras el reloj perdió su capacidad de comunicar el tiempo al resto del cerebro (se quedó sin agujas), los engranajes del reloj, constituidos por genes que se expresan con periodicidad diaria, continuaron funcionando sin ningún problema", opinó de la Iglesia.
Ceriani subraya que cuanto más sepamos cómo funciona nuestro reloj biológico, más sabremos cómo cuidarlo. "La información actual sugiere que no es recomendable estar con el televisor prendido mientras dormimos o permanecer hasta altas horas de la noche expuestos a los fotones de las pantallas de las computadoras, ya que este tipo de estímulos interfieren procesos fisiológicos que contribuyen a conciliar el sueño en forma saludable", concluyó la investigadora.
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