Dormir para sobrevivir: el inesperado rol de las mitocondrias en la presión del sueño
Durante décadas, las mitocondrias han sido retratadas como las "baterías celulares": generadores de energía en forma de ATP, necesarias para mantener en marcha los procesos vitales. Pero recientes avances en neurociencia molecular están desmantelando esta visión simplificada. Un estudio publicado en Nature por Sarnataro y colaboradores (2025), usando como modelo a la mosca Drosophila melanogaster, revela que las mitocondrias no solo son fuentes de energía, sino auténticos sensores de estrés metabólico que podrían ser, literalmente, las responsables del impulso biológico que nos obliga a dormir.
El misterio de la presión del sueño
La necesidad acumulativa de dormir, conocida como “presión del sueño”, ha sido por mucho tiempo una incógnita biológica. Sabemos que el sueño es vital: su privación altera funciones cognitivas, emocionales y fisiológicas. Sin embargo, no se conocía con certeza qué señales moleculares hacían que el cerebro exigiera dormir. Este estudio aporta una posible respuesta: el origen de esa presión estaría en las mitocondrias de un grupo específico de neuronas del cerebro de la mosca.
Los autores utilizaron transcriptómica de célula única para comparar los perfiles de expresión génica de neuronas de moscas descansadas y privadas de sueño. Lo hicieron con precisión quirúrgica: focalizaron su análisis en 323 neuronas clave para la inducción del sueño, llamadas dFBNs (del inglés dorsal fan-shaped body neurons), conocidas por su papel en iniciar el estado de sueño en Drosophila.
Dormir para proteger el cerebro de sus propias mitocondrias
Tras 12 horas de privación de sueño, las dFBNs mostraban un aumento significativo en la expresión de genes mitocondriales: componentes de la cadena de transporte de electrones, subunidades de la ATP sintasa, transportadores de ADP/ATP y enzimas del ciclo de Krebs. Pero no se trataba de una respuesta global: estas alteraciones no se observaron en otras neuronas, como las del cuerpo pedunculado (asociadas con la memoria) o las del lóbulo antenal (olfato).
Además, las mitocondrias de estas neuronas sufrían cambios estructurales: se fragmentaban, aumentaban su contacto con el retículo endoplasmático (facilitando el reciclaje de lípidos peroxidados) y entraban en procesos de mitofagia, es decir, se destruían selectivamente. Curiosamente, estos efectos eran reversibles tras un buen descanso. Esta plasticidad mitocondrial sugiere que el sueño no es solo un descanso pasivo, sino un periodo esencial de mantenimiento metabólico.
Electrones sobrantes que obligan a dormir
El hallazgo más revolucionario del estudio es que la acumulación de electrones no utilizados en la cadena respiratoria podría ser el disparador fisiológico de la necesidad de dormir. Durante la vigilia, las dFBNs están inhibidas por sistemas de alerta como la dopamina, lo que disminuye su consumo de ATP. Esto crea un desequilibrio: los electrones siguen ingresando a la cadena de transporte, pero no se usan eficientemente. El resultado es una sobrecarga del transportador Coenzima Q (CoQ), que aumenta el riesgo de fuga de electrones y producción de especies reactivas de oxígeno (ROS).
Estos ROS pueden dañar lípidos de membrana, ADN y proteínas. Para evitar ese daño, las dFBNs parecen “medir” el estrés oxidativo indirectamente, a través de una proteína llamada Hyperkinetic, que modifica su función eléctrica según el estado redox de los lípidos peroxidados. En otras palabras, las mitocondrias comunican a la neurona que hay un exceso peligroso de electrones, lo que activa los circuitos del sueño como una respuesta de emergencia.
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| Durante la respiración celular, los complejos I, III y IV de la mitocondria transfieren electrones desde el NADH hasta el oxígeno (O₂), generando con ello un gradiente de protones a través de la membrana interna mitocondrial. Este gradiente es la fuente de energía que permite a la ATP sintasa producir ATP, la principal moneda energética celular. Este proceso también depende de la recirculación de protones hacia el interior mitocondrial y del intercambio de ATP y ADP entre la matriz y el citoplasma. En las neuronas, la demanda de ATP varía según su actividad eléctrica, ya que cada impulso nervioso requiere restablecer gradientes iónicos mediante bombas de sodio y potasio. Sin embargo, si se acumulan más electrones de los que pueden ser utilizados para producir ATP (por ejemplo, cuando la neurona está en reposo pero sigue recibiendo electrones), puede aumentar el riesgo de formar radicales libres (O₂⁻) en los complejos I y III. Este estrés oxidativo puede reducirse mediante mecanismos alternativos, como la oxidasa AOX, que desvía los electrones excedentes y previene daños. |
Intervenir las mitocondrias modifica el sueño
El equipo realizó varios experimentos funcionales que confirmaron esta hipótesis. Al insertar en las dFBNs una oxidasa alternativa (AOX), que desvía los electrones sobrantes hacia una ruta segura, las moscas dormían menos. Por el contrario, al hacer que estas neuronas produjeran ATP con una bomba de protones activada por luz (sin utilizar electrones), se generó una presión intensa de sueño: al no haber demanda de electrones, se acumulaban, precipitando el letargo.
Otro hallazgo notable fue que manipular la forma de las mitocondrias también alteraba el sueño. Forzar la fusión mitocondrial (lo que genera redes extensas y eficientes) aumentaba el sueño; fragmentarlas (fisión) lo disminuía. La explicación es que las mitocondrias hiperfusionadas promueven una actividad eléctrica más intensa en las dFBNs, favoreciendo el inicio del sueño.
¿Y si dormimos para preservar nuestras neuronas?
Este estudio sugiere que el sueño no es simplemente una necesidad del sistema nervioso para “repararse”, sino una consecuencia ineludible del metabolismo aeróbico. Cada vez que estamos despiertos, generamos una pequeña deuda energética y un riesgo acumulativo de daño oxidativo. Las neuronas especializadas como las dFBNs actuarían como centinelas metabólicos: detectan este desequilibrio y ordenan al organismo apagar temporalmente el sistema para protegerlo.
El sueño, entonces, sería una especie de exhalación celular: un momento en que el exceso de electrones se disipa, las mitocondrias se reorganizan, los lípidos se reparan y la maquinaria neuronal se reinicia. Es una visión que cambia radicalmente nuestro entendimiento de por qué dormimos: no es solo para consolidar memorias o ahorrar energía, sino para evitar que el motor metabólico que nos da vida se vuelva en nuestra contra.
Implicaciones para la neurociencia y la medicina
Aunque este trabajo fue realizado en Drosophila, sus implicancias trascienden las especies. Las mitocondrias están altamente conservadas evolutivamente, y muchos de los mecanismos descritos en este estudio ya han sido detectados en mamíferos, incluyendo la asociación entre el sueño, el estrés oxidativo y la remodelación sináptica.
El estudio refuerza la idea de que los trastornos del sueño podrían estar vinculados a disfunciones mitocondriales, y abre una puerta prometedora a intervenciones farmacológicas que modulen el metabolismo mitocondrial en neuronas específicas como terapia para el insomnio, la hipersomnia e incluso enfermedades neurodegenerativas.
Conclusión
Más allá de su función como “baterías”, las mitocondrias emergen como sensores fundamentales del equilibrio vital entre vigilia y sueño. Lejos de ser un lujo biológico, el sueño aparece como una imposición metabólica que garantiza la longevidad celular y la salud del cerebro. En un mundo que glorifica la hiperactividad y la vigilia extendida, esta investigación nos recuerda una verdad evolutiva: dormir no es perder el tiempo, sino invertirlo en sobrevivir.
Referencia
Sarnataro, R., Velasco, C.D., Monaco, N. et al. Mitochondrial origins of the pressure to sleep. Nature (2025). https://doi.org/10.1038/s41586-025-09261-y
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