El 2 de octubre de 2017, el Comité Nobel
anunció los nombres de los ganadores del Premio Nobel 2017 en fisiología y medicina. 9,000 coronas suecas se dividirán en partes iguales entre los biólogos estadounidenses Jeffrey C. Hall, Michael Rosbash y Michael W. Young por su descubrimiento del mecanismo molecular del reloj biológico, es decir, el ritmo circadiano de organismos en bucle sin fin, incluido humano.
Durante millones de años, la vida se ha adaptado a la rotación del planeta. Desde hace tiempo se sabe que tenemos relojes biológicos internos que anticipan y se adaptan a la hora del día. Por la noche quiero quedarme dormido, y por la mañana me levanto. Las hormonas se liberan en la sangre estrictamente de acuerdo con el cronograma, y las habilidades / comportamiento humano (coordinación, velocidad de reacción) también dependen de la hora del día. Pero, ¿cómo funciona este reloj interno?
La apertura del reloj biológico se atribuye al astrónomo francés Jean-Jacques de Meran, quien en el siglo XVIII notó que las hojas de mimosa se abren al Sol durante el día y cierran por la noche. Se preguntó cómo se comportaría la planta si se colocara en la oscuridad total. Resultó que incluso en la oscuridad, mimosa siguió el plan, parecía que tenía un reloj interno.
Más tarde, tales biorritmos se encontraron en otras plantas, animales y humanos. Casi todos los organismos vivos del planeta responden al Sol: el ritmo circadiano está firmemente arraigado en la vida terrenal, en el metabolismo de todos los seres vivos del planeta. Pero cómo funciona este mecanismo sigue siendo un misterio.
Los premios Nobel aislaron el gen que controla el ritmo biológico diario en las moscas Drosophila (los humanos y las moscas tienen muchos genes comunes debido a la presencia de ancestros comunes). Hicieron su primer descubrimiento en 1984. El gen abierto se llamó
período .
El gen del
período codifica la proteína PER, que se acumula en las células por la noche y se destruye durante el día. La concentración de proteína PER cambia en un horario de 24 horas de acuerdo con el ritmo circadiano.
Luego identificaron componentes adicionales de la proteína y revelaron completamente el mecanismo intracelular autosuficiente del ritmo circadiano: en esta reacción única, la proteína PER bloquea la actividad del gen del
período , es decir, PER bloquea la síntesis de sí misma, pero se descompone gradualmente durante el día (vea el diagrama anterior). Este es un mecanismo autónomo, en bucle infinito. Funciona según el mismo principio en otros organismos multicelulares.
Después del descubrimiento del gen, la proteína correspondiente y el mecanismo general del reloj interno, faltaban algunas piezas más del rompecabezas. Los científicos sabían que la proteína PER se acumula por la noche en el núcleo celular. También sabían que el ARNm correspondiente se produce en el citoplasma. No estaba claro cómo la proteína pasa del citoplasma al núcleo celular. En 1994, Michael Young descubrió otro gen
intemporal , que codifica la proteína TIM, que también es necesaria para el funcionamiento normal del reloj interno. Él demostró que si TIM se une a PER, un par de proteínas puede invadir el núcleo celular, donde bloquean la actividad del gen del
período , cerrando así el ciclo interminable de producción de proteína PER.
Resultó que este mecanismo con una precisión exquisita adapta nuestro reloj interno a la hora del día. Regula varias funciones corporales críticas, incluido el comportamiento humano, los niveles hormonales, el sueño, la temperatura corporal y el metabolismo. Una persona se siente mal si hay un desajuste temporal entre las condiciones externas y su reloj biológico interno, por ejemplo, cuando viaja largas distancias en diferentes zonas horarias. También hay evidencia de que el desajuste crónico del estilo de vida y las horas internas se asocia con un mayor riesgo de diversas enfermedades, como diabetes, obesidad, cáncer y enfermedades cardiovasculares.
Más tarde, Michael Young identificó otro gen de
doble tiempo que codifica la proteína DBT, que ralentiza la acumulación de proteína PER en la célula y permite que el cuerpo se adapte con mayor precisión a los días de 24 horas.
En los años siguientes, los premios Nobel actuales cubrieron con más detalle la participación en el ritmo circadiano de otros componentes moleculares, encontraron proteínas adicionales que están involucradas en la activación del gen del
período y también descubrieron los mecanismos de cómo la luz ayuda a sincronizar el reloj biológico con las condiciones ambientales externas.
De izquierda a derecha: Michael Rozbash, Michael Young, Jeffrey HallEl estudio del mecanismo del reloj interno aún está lejos de completarse. Conocemos solo las partes principales del mecanismo. La biología circadiana, el estudio de los relojes internos y los ritmos circadianos, se ha convertido en un campo separado de investigación en rápido desarrollo. Y todo esto sucedió gracias a los tres ganadores actuales del Premio Nobel.
Los especialistas han estado discutiendo durante varios años lo que el mecanismo molecular de los ritmos circadianos le otorgará al Premio Nobel, y este evento finalmente sucedió.