El brillo del día y la noche

Muchos organismos que habitan la Tierra, como animales y plantas, tienen ritmos circadianos. Tienen un ciclo aproximado de 24 horas –entre 20 y 28 horas- en el que los relojes endógenos modifican la fisiología y comportamiento para ajustarse a la luz y la oscuridad del ambiente. Estas modificaciones influyen en los ciclos de sueño-vigilia, la liberación de hormonas y la temperatura corporal, entre otros aspectos.

Conocer los ritmos circadianos de un organismo y cómo funciona el reloj biológico requiere entender cómo se ‘prenden’ y ‘apagan’ ciertos genes y cómo estos regulan la producción de moléculas durante el transcurso del día. Para ello científicos de todo el mundo tratan de descifrar cómo funcionan los ritmos circadianos de varios organismos como ratones, moscas, hongos o bacterias. Sin embargo, aún no se habían estudiado en detalle los mecanismos cronobiológicos del gusano Caenorhabditis elegans. Esta es una especie de nematodo de aproximadamente 1 mm de largo que habita varias regiones del mundo, mayormente en climas templados.

Este gusano es ampliamente utilizado en estudios de genética, biología del desarrollo y molecular y neurociencia porque es un modelo muy simple del cual se conoce su genoma completo, sus estructuras neurológicas y celulares.

“Caenorhabditis elegans es un modelo muy utilizado para estudiar enfermedades neurodegenerativas y las bases del sistema nervioso, dado que tiene muy pocas neuronas que se han identificado en su totalidad y se conoce cómo se conectan entre ellas”, dice María Eugenia Goya, becaria doctoral del CONICET en el Laboratorio de Cronobiología del Departamento de Ciencia y Tecnología de la Universidad Nacional de Quilmes (UNQ).

Desde hace varios años, en el Laboratorio de Cronobiología del Departamento de Ciencia y Tecnología de la Universidad Nacional de Quilmes (UNQ), liderado por Diego Golombek, investigador principal del CONICET, empezaron a estudiar biorritmos circadianos de C. elegans. Primero, a nivel comportamental, midieron cómo es el movimiento de estos gusanos a lo largo del día y después, desde el aspecto bioquímico, analizaron cuestiones moleculares y hormonales.

A lo largo de la investigación desarrollaron modelos de C. elegans que emiten una luz natural que se ‘enciende’ cuando se expresa determinado gen y comienza a producirse la proteína para la cual codifica. Este descubrimiento fue recientemente publicado en la prestigiosa revista PNAS.

Caenorhabditis elegans

“Esto nos permite ver cómo se expresa ese gen in vivo a lo largo de toda la vida del nematodo, durante 10 días. Además es altamente sensible porque se puede estudiar en pequeñas poblaciones o en individuos. Esto nos abre la puerta para nuevos estudios”, explica Goya.

Goya aclara que si bien no es posible extrapolar directamente este modelo al humano, la puesta a punto de este nematodo como modelo para monitoreo in vivo va a permitir un análisis inicial para después plantear hipótesis en mamíferos y eventualmente cuestiones terapéuticas en humanos. Por otra parte, este modelo podría ser utilizado como una herramienta complementaria para probar potenciales nuevas drogas y ver qué pasa con la expresión de genes cuando se los somete a determinados tratamientos.

¿Qué es el mundo para los gusanos?

Golombek aclara que la gran innovación metodológica es haber colocado los genes de luciérnaga en el gusano acoplados a elementos regulatorios que permiten medir la expresión del gen indirectamente por la emisión de luminiscencia, algo que ya se había realizado en otros organismos. Si el gen se expresa, el gusano brilla. Esta metodología por un lado aporta respuestas con respecto a los ritmos circadianos de este animal pero además podría aplicarse a otros estudios.

Para demostrar un ritmo circadiano hay que mostrar que el organismo se pone en hora con el mundo y la pregunta previa para los investigadores fue: ‘¿qué es el mundo para un gusano?’. “Generalmente es subterráneo pero también salen a superficie cada tanto y migran de un lado a otro. Para comprender completamente el ritmo circadiano de estos nematodos también se estudia su comportamiento en su hábitat natural”, cuenta Golombek.

Para eso pusieron sensores de temperatura debajo de la tierra a varias profundidades para ver cómo era la variación con respecto a la luz solar. Luego, en laboratorio, descubrieron que C. elegans percibe la luz y temperatura como estímulos acoplados y es probable que los dos sean necesarios para poner en hora el reloj circadiano.

“El mundo para este nematodo es una combinación adecuada de luz y de temperatura. La primera demostración de que los ritmos circadianos se sincronizan con el mundo la tenemos, pero para ser un ritmo verdaderamente circadiano hay que demostrar que sea endógeno, es decir regulado por el organismo. Necesitamos saber que el reloj del animal efectivamente mide la hora y que no es una respuesta a la salida del sol o al aumento de la temperatura”, dice Goya.

A lo largo de la investigación también demostraron que los ritmos se mantienen bastante constantes aunque cambie la temperatura del ambiente. “Si cambiás el horario del mundo hay un desfasaje, el ritmo circadiano tarda un poco pero se adapta. Además, descubrimos que si el organismo recibe determinados fármacos se modifica la velocidad del reloj”, aclara Golombek.