Imagen: Julio Cerezo / Gizmodo en Español

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.