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Mohos, humanos y corales comparten las bases que regulan el ciclo circadiano.

Microfotografías de Acropora millepora y Neurospora crassa. Fuentes: M. Matz J. Wiedenmann (University of Texas at Austin) y Namboori Raju (Stanford University).

Si se vuela de América a Europa se puede comprobar como el cambio horario altera nuestras vidas. En el viejo continente no encontraremos la hora de irnos a la cama y levantarse por la mañana será algo más o menos espantoso. Es un buen sistema para ir de fiesta o disfrutar del ocio nocturno, pero no para trabajar. Volar de Europa a América tiene mejores ventajas a la hora de trabajar y para levantarse temprano, pero estaremos medio dormidos por la tarde.
Quizás creamos que esta cualidad es exclusivamente humana, pero vamos a ver que los humanos, corales y mohos comparten esta característica, pues los tres usan un ciclo circadiano similar. Al menos así se desprende de dos trabajos independientes publicados recientemente.

Un grupo internacional ha encontrado que el coral y los humanos comparten los mismos genes que controlan el ciclo circadiano. Los corales se encuentran entre los animales más antiguos conocidos y estaban aquí antes de que surgieran los animales complejos. Los fósiles de estos animales nos han contado, por ejemplo, que la duración de los días en el pasado era más corta y que la Luna estaba más cerca.
Este atributo compartido entre corales y humanos de tener ritmos circadianos para controlar las funciones corporales en función de si es de día o de noche se debe a que comparten los mismos genes responsables de esta característica.
En el caso de los corales estos ritmos circadianos dictan los ciclos de alimentación y reproducción, así como la relación con las algas simbióticas que contienen.
Para este estudio se tomaron muestras cada cuatro horas en condiciones de iluminación, penumbra y oscuridad en la especie Acropora millepora. Además del trabajo de campo se realizó trabajo de laboratorio en el que se desarrolló un modelo de coral para el análisis molecular.
Según David Miller, de la Universidad James Cook, la habilidad de los corales de saber la hora que es está preestablecida en estos animales. Los corales fabrican automáticamente proteínas de ‘respuesta de emergencia’ conocidas como caperones, que son moléculas que limpian el daño que los corales sufren cada día cuando las algas llevan a cabo la fotosíntesis. “Es algo que han aprendido a hacer automáticamente, probablemente porque fue cuestión de vida o muerte”, dice Miller.
Este equipo de investigadores encontró que durante las horas de oscuridad las algas roban oxígeno al coral para así sobrevivir hasta que se haga de día. Para evitar la asfixia en ese tiempo, el coral responde fabricando más enzimas que ayuden a los músculos a soportar la falta de oxígeno.
Ove Hoegh-Guldberg, de la Universidad de Queensland, dice que este estudio expone un modelo novedoso sobre la complejidad que tiene lugar durante la simbiosis. “Como en un matrimonio, la simbiosis demanda que una de las partes frecuentemente haga grandes cambios para poder acomodar a la otra parte”, añade. Según él, este descubrimiento ayudará a la comprensión de cómo funcionan otras parejas simbióticas.

Pero si esta semejanza de los humanos con los corales parece sorprendente más nos parecerá la que exhibe el moho. El moho, un hongo muy simple, es un organismos que también tiene un ciclo circadiano. En este caso el estudio se ha realizado sobre el moho del pan (Neurospora crassa).
En una serie de experimentos se exploró la respuesta de este hongo a la luz y a la oscuridad, y se analizó su reacción a diferentes sustancias, a la presencia de alimento y a la temperatura.
Según Ingunn W. Jolma el hongo puede proporcionar pistas sobre cómo organismos más complejos, como los humanos, responden a los cambios en el ciclo circadiano. “Es un hecho fascinante que muchos de los principios diurnos son compartidos por humanos y hongos”, añade.
Cada 24 horas Neurospora crassa produce una nueva generación de esporas, pues el moho está bajo un ciclo circadiano de 24 horas controlado por sus genes. Este ciclo se mantienen incluso cuando el hongo es mantenido en la oscuridad permanente de un laboratorio, pero el moho ajustará el ciclo a un periodo de 22 horas al cabo de un tiempo.
En las pruebas de laboratorio los investigadores alteraron la exposición del hongo a distintos periodos de luz y oscuridad, comprobando que se adaptaba a los nuevos patrones, aunque necesitaba un periodo de adaptación. Es decir, sufría una especie de “jet lag”.
Los problemas asociados al cambio horario denominado bajo el término ingles jet lag se deben a un cambio de fase. Si el hongo es transferido a una “zona horaria” diferente se adaptará a su nuevo ambiente, pero, como en los humanos, el proceso necesitará de un tiempo y sufrirá un poco de estrés. Según Jolma, lo interesante del reloj interno del hongo es que el moho adaptará procesos celulares cruciales a su nuevo ambiente.
Neurospora crassa se originó en los trópicos, pero tiene parientes evolutivos por todas partes. Algunos de éstos crecen en el queso si se mantiene durante demasiado tiempo en el frigorífico. Como el genoma de Neurospora crassa ha sido secuenciado totalmente y no es perjudicial para la salud puede ser utilizado con facilidad en investigación sobre ciclos circadianos.
En uno de los experimentos se administro litio a este hongo y el ciclo circadiano se prolongó. Al estudiar a nivel molecular a estos hongos expuestos, los investigadores encontraron que las proteínas que controlan la frecuencia eran más estables. Es decir, el litio retrasaba el proceso natural de desintegración de las proteínas que mantienen el ciclo, produciendo una extensión del día.
El litio es un elemento que se ha administrado tradicionalmente a pacientes con desorden dipolar. Estos pacientes sufren frecuentemente de pautas inestables de sueño y el litio parece ser un remedio a este problema. Como todos sabemos, un buen patrón de sueño nos ayuda a todos a funcionar mejor. Sabemos lo duro que puede ser el día si hemos pasado una mala noche.
El reloj interno está controlado por nuestros genes y todos los organismos tienen varios de estos relojes. Producen proteínas que una vez formadas se unen el ADN e interrumpen la formación de más proteínas en un ciclo de retroalimentación negativa. Después de un tiempo, las proteínas se van desintegrando y el proceso comienza de nuevo. Por otro lado hay otro proceso de retrolimentación positiva que aumenta la producción de estas proteínas.
Como el contenido de este tipo de proteínas cambia a lo largo de un ciclo de 24 horas es teóricamente posible medirlo y saber la hora del día.
Comprender estos procesos en los hongos puede ayudar a entender los mismos procesos en humanos. El reloj interno no solamente controla nuestras pautas de sueño, sino además nuestra temperatura corporal, la presión arterial, la viscosidad de la sangre y el metabolismo. Como este reloj está controlado por genes se podrían eliminar las influencias externas y el organismo todavía seguiría una pauta dada. El ritmo circadiano natural en humanos es de 25,5 horas (ya sabe por qué se va tarde a la cama), aunque hay diferencias individuales.
Estos investigadores usaron un sistema ingenioso asociado a la producción de luciferasa para silenciar o activar genes, junto a luciferina (una proteína que junto a la luciferasa forma parte del sistema bioluminescente de algunos insectos) añadida a los nutrientes del hongo. La luciferasa expresada por el sistema reaccionaba con la luciferina emitiendo luz. Esto permitía estudiar el ciclo circadiano del hongo. Si el gen a estudiar se activaba el hongo emitía luz. Si el gen en cuestión se silenciaba se detenía la producción de luz. Por tanto, los investigadores podían seguir el ritmo circadiano del hongo midiendo la luz emitida por éste gracias a una cámara especial.
Este estudio es una investigación de ciencia básica que, según Jolma, finalmente mejorará la comprensión del fenómeno como el “jet lag”, los efectos adversos sobre la salud de los cambios de turno de trabajo y las enfermedades asociadas al ciclo circadiano de nuestras células.

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Fuentes y referencias:
Nota de prensa.
Nota de prensa.