El jet lag y las cianobacterias

El conejo blanco siempre llegaba tarde…
(Alicia en el País de las Maravillas, 1951)

Los ritmos circadianos son un reloj biológico de las células que influye en nuestra fisiología, conducta, horas de sueño…

Cumplen 3 condiciones:
1) persisten sin estímulos externos.
2) se reajustan en cada ciclo luz/oscuridad.
3) son independientes de la temperatura
(no se frenan con el frío ni aceleran con el calor).

Fuente: University of Utah.
www.learn.genetics.utah.edu

En humanos este ritmo circadiano lo marca el núcleo supraquiasmático (NS), en el hipotálamo del señor azul

El NS se “reinicia” cada día gracias a la información luminosa que le llega desde la retina (no sabemos aún desde qué células). Tras un viaje atravesando varios husos horarios nuestro cuerpo sigue su inercia diaria: quiere dormir pero el NS le dice “eh!, despierta, que vuelve a ser de día!”.
Ésta es la causa del famoso “jet lag” y quizá (sólo quizá) la culpa es de las cianobacterias !!.
Ahora se lo cuento, pero antes…

En “Insomnia” (dirigida por Christopher Nolan, 2002)
el detective (Al Pacino) sufría un trastorno del sueño
que le incapacitaba progresivamente…

El primer gen implicado en el ritmo circadiano en humanos se descubrió en 2001 en una familia norteamericana que sufría el “síndrome de fase adelantada del sueño”: dormir a partir de las 7 de la tarde y despertar a las 2 de la madrugada. El motivo era una variante en un gen (hPer2) al cual se pudo atribuir una función relacionada con el ritmo circadiano.

¿Para qué nos sirve este reloj biológico? Se cree que es beneficioso porque permite anticipar el ajuste de la fisiología del organismo a los cambios ambientales diarios.

Con esos ojillos quien lo diría…
Fuente: zoologik.naukas.com

Los ritmos circadianos se han demostrado en la mayoría de seres vivos, incluso en aquellos que viven bajo tierra y no dependen tanto de la vista, como los topos !!

La alteración de los ritmos circadianos resulta a la larga perjudicial para la salud.

Por ejemplo, las células en la piel se dividen por la noche reduciendo así el riesgo de mutaciones por la radiación UV del Sol…lo contrario sería un mal negocio.

Synechococcus elongatus (PCC7942)
en ella se descubrió el reloj biológico Kai ABC..
http://www.sandia.gov/bioenergy-biodefense/Ruffing.html

Algo parecido sucede en las algas: su ritmo circadiano provoca también que la división celular suceda antes del amanecer reduciendo así el riesgo que plantea la luz UV. Aunque en el laboratorio sí pueden crecer con 24 horas de luz (las fuentes de luz artificial –tubos fluorescentes, LED’s– apenas emiten UV).

Las cianobacterias poseen el reloj interno más simple y antiguo que se conoce: el reloj Kai ABC (“Kai” es “ciclo” en japonés), y “ABC” son los 3 genes que lo forman), según Kondo & Ishiura (2000).

Hasta hace “ná” se pensaba que algo tan complejo como los ritmos circadianos dependían de la expresión de genes “reloj”. Pero los seres vivos somos “la sorpresa continua”

En 2011 se publicó en Nature la existencia de un ritmo circadiano independiente de la transcripción
de ningún gen. Y se descubrió en humanos, concretamente en los glóbulos rojos.

Autora: CDC/Janice Carr.
Fuente: Biology4kids.com

Los glóbulos rojos son células sin núcleo (ó ADN). Si los aislamos y encontramos un ritmo circadiano éste será independiente de la genética.

Tal pensaron (e hicieron) O’Neill & Reddy y observaron un ritmo circadiano en las peroxiredoxinas (unas proteínas antioxidantes que mantienen a raya los niveles de peróxido y protegen del daño celular que éste produce).

En el mismo número de Nature, O’Neill y col. publicaron otro trabajo en el que un alga diminuta (Ostreococcus tauri) mostraba también ése ritmo circadiano en sus peroxiredoxinas, independiente de la genética…

Ostreococcus.
Autores: W. Eikrem y J. Throndsen.
Fuente: http://www.llnl.gov

De todas formas, hay una cierta interacción con la genética y en cepas mutantes de O. tauri se ha conseguido modificar la periodicidad del ciclo en las peroxiredoxinas.

Hay quien relaciona las peroxiredoxinas con el origen de los ritmos circadianos. En concreto con un evento que sucedió hace unos 2.400 millones de años: “La Gran Oxigenación”.

Suena a ciencia ficción de serie “B” pero describe el paso de una atmósfera anaerobia a otra con oxígeno gracias a la fotosíntesis de las cianobacterias marinas.
Esto eliminó muchas formas de vida anteriores pero abrió el camino a los aquí presentes…

Methanopyrus kandleri
Fuente: MicrobeWiki.

Edgar y col (Nature, 2012) proponen que las peroxiredoxinas, (imprescindibles para sobrevivir al estrés oxidativo) fueron cruciales para la evolución de la vida aerobia y el posible origen de los ritmos circadianos que habrían desarrollado en primer lugar las cianobacterias.

Si esto fuera cierto, los seres vivos que no necesiten peroxiredoxinas tampoco tendrán ritmos circadianos.

Pues bien, los microorganismos extremófilos de la clase Methanopyri (Archea) cumplen esta regla: no tienen peroxiredoxinas (son anaerobios, viven a base de metano) ni ritmos circadianos.

Vale…pero esta teoría no explica por qué las cianobacterias 
son las únicas bacterias con ritmos circadianos…

Referencias:

-Edgar RS y col. Peroxiredoxins are conserved markers of circadian rhythms. Nature 485:459-466 (2012).
-Kondo T, Ishiura M. The circadian clock of cyanobacteria. BioEssays 22:10-15. (2000).
-O’Neill JS, Reddy AB. Circadian clocks in human red blood cells. Nature 469:498-504 (2011).
-O’Neill JS y col. Circadian rhythms persist without transcription in a eukaryote. Nature 469:554-558 (2011).

 

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