Sistema inmune, microbioma y reloj biológico

El ritmo circadiano es una parte fundamental de los organismos vivos. El ritmo del día y la noche trae consigo ventajas para la supervivencia del más apto, como el ahorro de energía en tiempos de escasez. ¿Pero sigue existiendo esta necesidad?

Parte 3: Contexto evolutivo

El ritmo circadiano del comportamiento y los procesos biológicos es un hecho fundamental en todos los mamíferos y también en muchas otra formas de vida, como las plantas e incluso algunas bacterias. A pesar de cientos de miles de años de presión evolutiva, se mantiene aún en pie. Por tanto, el ritmo circadiano debe de tener enormes ventajas en la lucha por la supervivencia de la especie.

Comienzo simple

El reloj biológico más sencillo que conocemos es el de las cianobacterias, que se compone de tres enzimas que emiten pulsaciones de fosforilación y desfosforilación en un ciclo cerrado. Esto evita la replicación del ADN durante el día, cuando el sol emite dañina luz ultravioleta. De este modo aumentan las probabilidades de supervivencia y fecundidad de la bacteria. En las células animales, el reloj biológico es mucho más complejo, y está orquestado por el núcleo supraquiasmático, con la melatonina como sustancia mensajera. Una de las cosas que hace este complejo reloj biológico es reparar durante la noche el ADN que ha sido dañado durante el día por la luz ultravioleta. Por tanto, una función parecida a la de las cianobacterias. Además, el reloj biológico está muy entretejido a nivel celular (y mitocondrial) con las numerosas etapas bioquímicas del equilibrio energético.

Desde un punto de vista evolutivo, un mamífero tenía que poder sobrevivir en épocas de escasez de alimentos, en el invierno y en el verano, con mucha o poca luz solar y a temperaturas dispares. Esto también se observa con claridad en el tejido adiposo marrón, en el que residen diferentes componentes del reloj biológico. El tejido adiposo marrón tiene que mantener nuestra temperatura cuando hace frío (por termogénesis, o combustión de grasas). De este modo, los mamíferos pudieron sobrevivir a las bajas temperaturas. Pero, en vista de los miles de años en los que nuestros ancestros estuvieron expuestos a la escasez de alimentos, el carácter derrochador de energía del tejido adiposo marrón pudo ser una gran desventaja. Por este motivo, el biólogo danés Zachary Gerhart-Hines de la Universidad de Copenhague piensa que el reloj biológico estaba programado para desactivar el tejido adiposo marrón cuando no fuese necesario, como durante el sueño, cuando el animal se pone en un entorno protegido. Este tejido se reactiva cuando los animales buscan comida o intentan cazarla. 

Este mecanismo está provisto de una válvula de seguridad por si el animal se ve sorprendido por un frío extremo durante el sueño. En ese caso, la enzima que reprime el tejido adiposo marrón se desactiva rápidamente y se produce una respuesta termogénica completa: la estufa interna se pone al máximo. La mayor reserva de energía se encuentra en el tejido adiposo blanco. Al ayunar, este moviliza las reservas de grasa y las dirige hacia el tejido muscular, donde pueden ser quemadas. A lo largo de la evolución resultó ser ventajoso aumentar esta lipólisis durante el sueño para compensar la falta de disponibilidad de comida. A la inversa, la grasa que se produce en el hígado se almacena durante las horas en que los animales están despiertos y comen. Las desviaciones genéticas en el control circadiano del tejido adiposo blanco dan como resultado una menor lipólisis y obesidad.

Factores de estrés externos

No es probable que sea casualidad que la desaparición de estos factores de estrés externos coincidan con la epidemia actual de obesidad, depresión, diabetes tipo 2 y enfermedades cardiovasculares. El consumo frecuente de alimentos hipercalóricos en combinación con un descanso nocturno más corto y periodos de ayuno más breves han hecho que el tejido adiposo blanco esté más tiempo en el modo acumulador. Así, una propiedad útil desde el punto de vista evolutivo contribuye a la epidemia de obesidad y enfermedades metabólicas.

La microbiota nos podría ayudar a hacer frente al lado negativo del bienestar de hoy en día. Es lo que se deduce del hecho de que los ratones (y personas) delgados con una microbiota sana no engordan aunque tengan las circunstancias "en contra". Su microbiota "delgada" puede incluso ser trasplantada a ratones gordos, que a continuación adelgazan. Pero aunque la microbiota puede mantenerse en forma fácilmente en circunstancias naturales, similares a las que hubo durante la evolución, en la actualidad tiene que resistir bajo la presión de los antibióticos y otros factores que afectan negativamente a su composición. Los antibióticos pueden deteriorar gravemente la riqueza de especies de la flora intestinal, debilitando así la flexibilidad y polivalencia de una población bacteriana sana. Y esto puede aumentar considerablemente las probabilidades de padecer obesidad, sobre todo en niños.

Relación íntima

La íntima relación entre el hospedante y su microbiota lleva millones de años existiendo. Juntos pudieron evolucionar hasta lograr una simbiosis inteligente y funcional. La flora intestinal entrenó el sistema inmune, mejorando así las probabilidades de sobrevivir en un mundo lleno de agresivos intrusos microbianos y parásitos. Pero muchos de estos intrusos han desaparecido de nuestro entorno, por lo que el entrenamiento ya no está actualizado siempre, y el sistema inmune la toma con transeúntes inofensivos. Además, hay otros intrusos y maleantes en el lugar, como la comida rápida, las pantallas de ordenador y los antibióticos, que nos hacen la vida agradable, pero para los que el cuerpo y la microbiota no tienen ninguna respuesta adecuada. 

En nuestro siguiente boletín publicaremos la cuarta parte de esta serie de cinco sobre el sistema inmune, el microbioma y el reloj biológico: "Prevención y tratamiento: estilo de vida y alimentación". Puede descargar aquí el libro electrónico sobre la materia, completo y lleno de ilustraciones. En el encontrará todas las referencias científicas.