Bioluminiscencia: de la Naturaleza a la Biotecnología

«Científicos crean gatos con piel fluorescente», un curioso titular que encontré en la portada de Menéame. ¿Qué ha movido a los investigadores a hacerlo? o ¿Cómo lo han conseguido? son preguntas bastante normales en estos casos. Mucha gente cree que este tipo de ensayos son solo excentricidades de algunos investigadores y que no sirven para nada. Espero que algunas preguntas queden un poco más claras:

¿Cómo brilla la naturaleza?

¿Quién no se ha maravillado alguna vez con una luciérnaga? ¿o al ver uno de esos monstruos de las profundidades con sus anzuelos luminosos en algún documental?. La naturaleza tiene sus trucos para emitir luz de una forma increiblemente sofisticada.Los seres vivos pueden emitir luz (bioluminiscencia) gracias a la quimioluminescencia, fosforescencia o fluorescencia. Estos dos últimos son  procesos similares que requieren recibir luz externa previamente. Todos hemos visto ambos alguna vez: los materiales fosforescentes brillan despues de «haberse cargado de luz» mientras que la fluorescencia es un acto instantaneo (¿Quien no ha visto a un policía en la tele buscando sangre con una lampara de UV?). La quimioluminiscencia en cambio genera luz a partir de una reacción química.

Dos de los procesos naturales más utilizados por la biotecnología son  también dos de los procesos bioluminiscentes más sofisticados e interesantes: El producido por las luciérnagas y el de las medusas fluorescentes.

¿Cómo brilla una luciérnaga? Las luciérnagas sintetizan una sustancia denominada luciferina que es oxidada con la ayuda de un enzima, la luciferasa (No se comieron mucho la cabeza con los nombres y por si os pica la curiosidad proviene de Lucifer), esta reacción es altamente eficaz, prácticamente sin perdida de energía ¡Una bombilla incandescente solo utiliza eficazmente un 10% de la energía!.

¿Cómo brilla una medusa? Las medusas fluorescentes son probablemente el sumum de la sofiticación en bioluminiscencia. Poseen una proteína capaz de recibir luz de alta energía (normalmente en el rango del UV) denominada GFP (Green Fluorescence Protein) que emite fluourescencia en el rango de la luz verde (Aunque modificaciones biotecnológicas han conseguido proteínas que emiten en prácticamente todo el espectro visible). Las medusas no son ni con mucho los únicos seres marinos bioluminscentes, se cree que más del 90% de las especies animales de la porción media y abisal del océano emiten algún tipo de bioluminiscencia.

¿Cómo se utiliza la bioluminiscencia en la ciencia?

Los dos casos anteriores tienen la pecularidad de utilizar proteínas, luciferasa o GFP. Estas proteínas codificadas por sendas secuencias de DNA son «copiadas» desde su huesped original mediante un ingenioso método denominado PCR, capaz de crear millones de copias de una secuencia facilitando su posterior manipulación. Por cierto, que hoy he recibido un video musical -si, has leído bien- explicando que significa la PCR para la biotecnología (¡Solo para biofrikis!; English; ¡Gracias Isbaal y Silvia!). Estas copias pueden introducirse dentro de los organismos diana utilizando diferentes métodos, en general bastante ineficientes, pero que permiten introducir de forma permanente estas secuencias de DNA para producir estas proteínas.

 (link) 

¿Para que sirve introducir estas proteínas en otros seres vivos?

Volviendo a esos gatos siameses con los que empezamos, estos han sido manipulados genéticamente para producir GFP en sus tejidos epiteriales. La utilidad radica en que de esta manera se pueden ver facilmente los tejidos y los compartimentos que contienen esa proteína. Si además unimos a ella otra proteína (como en la imagen superior) podremos seguirla fácilmente (es decir actúan como marcadores, link):

Gracias a la ingeniería genética se ha conseguido que puedan expresarse estas proteínas (u otras que no brillen) en cualquier tejido, tipo celular o orgánulo deseado. Lo que ha permitido estudiar in vivo gran cantidad de procesos biológicos que permanecían ocultos.

Otra utilidad de estas proteínas es informar de procesos bioquímicos complejos con gran precisión, aquí algunos ejemplos:

• Comprobar la capacidad de algunos sistemas de proteínas para desagregar y replegar (Video), básicamente arreglar, a otras proteínas. Algo clave para estudiar proteínas involucradas en evitar enfermedades como el Alzheimer, Parkinson, provocadas por priones o algunos tipos de cancer.
• Detectar iones importantes para la actividad celular.

La biotecnología ha recurrido, y lo seguira haciendolo, a la bioluminiscencia para resolver problemas concretos. Nada que ver con excentricidades ni investigaciones sin fundamento a las que a  veces, por desconocimiento, se apunta. Esto no quita para que algunas empresas utilicen estas herramientas para producir souvenirs, como los peces fluorescentes para el hogar.

«In the beginning there was nothing. God said, ‘Let there be light!’ And there was light. There was still nothing, but you could see it a whole lot better.» Ellen DeGeneres.

Algunos enlaces relacionados:

• Bioluminiscencia (BioGeo)
• Descubren fluorescencia en una importante criatura marina (SoloCiencia)
• Cerdos fluorescentes (Por la Boca Muere el Pez) (vía Barrapunto)