Luz do Sol. O estudo do ciclo circadiano. | Brilia

Cientistas descobriram que plantas, animais e humanos sincronizam o ciclo biológico de acordo com a rotação do planeta.

Todo organismo vivo no planeta Terra responde ao Sol.  Isso significa que as plantas, os animais e os humanos têm seu comportamento determinado pelo ciclo de rotação da Terra, feito em 24 horas, regido pelo dia e a noite. Esse jogo de iluminação, entre claro e escuro, determina o nosso relógio biológico interno. É ele que aciona e regula funções vitais de nosso comportamento, como o sono, o metabolismo, a temperatura corporal e os níveis hormonais. Nosso relógio interno adapta nossa fisiologia às diferentes fases do dia e sua excelente precisão é vital para o nosso bem-estar. Mas como esse relógio funciona?

Esta pergunta foi respondida por três cientistas americanos que venceram o Prêmio Nobel de Medicina de 2017 por seus estudos sobre o ciclo circadiano – expressão composta pelas palavras ciclo de dia em latim, para remeter a duração do ciclo, de “cerca de um dia”. Jeffrey Hall (Universidade do Maine), Michael Rosbash (Universidade Brandeis) e Michael Young (Universidade Rockfeller) descobriram os mecanismos moleculares que sincronizam o ciclo biológico à rotação do planeta. Para saber, em detalhes, a evolução da pesquisa científica leia o box que preparamos na página a seguir. De acordo com Mário Pedrazzoli, professor da Escola de Artes, Ciência e Humanidades da Universidade de São Paulo, a descoberta permitiu uma compreensão mais detalhada do relógio biológico. “Esse mecanismo de fato produz uma adaptação ao tempo da natureza, independentemente do nosso tempo social, que é o tempo no qual vivemos, regido pelos relógios, e que não coincide com o tempo da natureza, regido pelo dia e pela noite. O descompasso entre o tempo biológico e o tempo social está associado a diversos problemas de saúde, que vão de doenças psiquiátricas até o câncer”, afirmou o professor em depoimento ao jornal O Estado de S. Paulo. Essa reflexão faz sentido ao avaliarmos que a tecnologia contemporânea nos deixa cada vez mais divorciados do ritmo circadiano, pois vivemos em regimes de luz e escuridão que nada têm a ver com esse ciclo natural. Um bom exemplo de como essa ruptura nos afeta são as viagens aéreas que nos transportam para diferentes fusos horários, ocasionando o ‘jet leg’, o mal-estar típico de quem viaja para lugares distantes. Mas o cotidiano também reflete essa falta de sincronia, pois a sociedade estabelece o tempo para todas as nossas atividades, principalmente o período de trabalho e estudo. “O tempo social é fixo e não é pensado em termos de como funciona a estrutura temporal do corpo humano. A partir dessa perspectiva, precisamos discutir os impactos do trabalho noturno sobre a saúde ou como o organismo das crianças é afetado quando as aulas começam muito cedo”, comenta Pedrazzoli.

 

RELÓGIO BIOLÓGICO

Para entendermos como o trio de cientistas vencedores do Nobel chegou a essa descoberta precisamos voltar um pouco no tempo. No século XVIII, o astrônomo francês Jean-Jacques d’Ortous de Mairan observou que plantas do gênero Mimosa, a “planta dormideira” como é conhecida no Brasil, têm folhas que se fecham no crepúsculo e se abrem ao amanhecer. O astrônomo descobriu que, mesmo se fosse colocada por vários dias no escuro, a planta continuava seu ciclo diário, murchando à noite e  “despertando”  pela manhã. O fenômeno ganhou o nome de ciclo circadiano.  Na década de 1970, os americanos Seymour Benzer e Ronald Konopla atestaram que uma mutação genética desconhecida alterava o ritmo circadiano de moscas drosófilas. A dupla batizou esse gene de Período. O mérito dos cientistas vencedores do Nobel é que eles conseguiram identificar e isolar o gene Período em 1984. Na época, Hall e Rosbash descobriram que a proteína PER, codificada por esse gene, era acumulada durante a noite e diluída no organismo durante o dia. Dessa maneira, os níveis da proteína PER oscilavam em um ciclo de 24 horas, em sincronia com o ritmo circadiano, mas ainda não entendiam como as oscilações eram geradas e mantidas. Os cientistas formularam a hipótese de que a proteína PER era capaz de impedir sua própria síntese e, assim, regular seus próprios níveis em um ritmo contínuo e cíclico. A fim de bloquear a atividade do gene Período, a proteína PER, que é produzida no citoplasma das células, precisaria chegar ao núcleo celular, onde fica o material genético. Hall e Rosbash haviam demonstrado que a proteína PER aumenta no núcleo das células, mas não sabiam como ela chegava lá. Michael Young desvendou o mistério em 1994. O cientista descobriu um segundo gene ligado ao relógio biológico, batizado de Timeless (sem tempo), que codifica a proteína TIM, necessária para um ritmo circadiano normal. Young mostrou que a proteína TIM se liga à proteína PER para chegarem juntas no núcleo celular, onde bloqueiam a atividade do gene Período, detendo a produção de mais PER. Esse movimento explicou com a oscilação dos níveis de proteína acontece nas células. Porém, ainda restava descobrir o que controla a frequência das oscilações. O cientista identificou um terceiro gene, chamado de Doubletime (tempo duplo), que codifica a proteína DBT, responsável por atrasar a acumulação da proteína PER. Isso permitiu explicar como as oscilações se ajustam ao ciclo de 24 horas. Nos anos seguintes, outros componentes moleculares do mecanismo foram descobertos, explicando em detalhes sua estabilidade e função. Agora reconhecemos que os relógios biológicos funcionam pelos mesmos princípios nas células de outros organismos multicelulares, incluindo os humanos. Todos conectados à luz solar.