Una de les coses que m'agrada fer cada estiu és mirar la pluja de Perseids (les anomenades llàgrimes de Sant Llorenç). Als humans ens agrada aixecar els ulls i veure la brillantor dels estels retallats en el cel negre. Ens atreuen les taques de llum brillants. Potser per això tenen èxit els adhesius fosforescents en forma d'estels i planetes de diferents formes i mides que s'enganxen al sostre i brillen en la foscor durant una estona. Segurament, també per això, ens fascina veure la llum verdosa i blava que cobreix la superfície del mar quan hi ha grans grups de meduses fluorescents.
Sabem que hi ha elements químics que emmagatzemen l'energia de la llum, produint fosforescència amb un cert retard, i pintem amb aquests compostos els adhesius o amb aquest tipus de material en fem figuretes, però com es produeix la fluorescència en els éssers vius? Com produeixen llum les meduses? L'any 2008 es va concedir el Premi Nobel de Química a tres científics que conjuntament van esbrinar, no només quina és la proteïna responsable de la fluorescència verda de les meduses, l'anomenada GFP (green fluorescent protein), sinó com usar aquesta proteïna per marcar altres proteïnes d'interès per estudiar cèl·lules i fins i tot, organismes complets, i com generar tota una col·lecció de proteïnes similars, de diferents colors (blau cel, groc i tot l'arc de Sant Martí). Podeu trobar una explicació a l'abast de tots els públics en la mateixa pàgina web del Premi Nobel, i una altra de més avançada pels que tinguin coneixements de química.
La proteïna GFP no és gaire gran, però es replega sobre si mateixa com un cilindre, s'assembla a una llauna de refresc. En aquesta conformació, quan hi incideix llum de color blau (per exemple, la llum actínica, com la que hi havia abans a les discoteques i que fa reverberar el color blanc), capta l'energia dels fotons i emet llum de color verd (capta l'energia en la longitud d'ona de la llum blava i l'emet en la longitud d'ona dels verds). El que fa particularment interessant la GFP és que aquesta propietat de luminescència és intrínseca i no depèn de cap altre producte ni reacció química, és inert. Només necessita que hi incideixi un feix de llum blava, i desprèn llum verda. Això facilita que la proteïna GFP sigui compatible amb la vida, i que no interfereixi amb cap reacció cel·lular. Per tant, com que en coneixem el gen (la seqüència d'ADN que codifica la GFP) podem fer enginyeria genètica i introduir-la en un altre organisme. Hi ha milers d'organismes transgènics per la GFP, bacteris, plantes, fongs, cucs, mosques de la fruita, peixos, granotes, ratolins... i també, porcs, gats i micos. Evidentment, la gran majoria d'aquests organismes transgènics es generen per realitzar estudis importants de malalties humanes, per exemple, els gats i els micos transgènics per la GFP s'han generat per a estudiar la SIDA. Però és cert, que també es poden trobar peixos d'aigua dolça transgènics que són fluorescents per a fer maco a les peixeres (es comercialitzen com a Glofish i podeu trobar un vídeo en línia en què, sota llum actínica, es mouen com fletxes de llums de neó). Si voleu veure una galeria de fotos fascinant d'organismes transgènics amb GFP, els podeu trobar en aquesta pàgina del National Geographic. A més, com us he comentat, s'han creat variants de la GFP que produeixen llum en tot l'espectre de colors, per la qual cosa podem introduir les diverses variants per a marcar diferents proteïnes o diferents cèl·lules. Algunes de les imatges més espectaculars són les generades per la tècnica Brainbow (un joc de paraules entre brain, cervell, i rainbow, arc de Sant Martí) en un ratolí, que permet marcar les neurones del cervell en diferents colors (fins a 100 matisos) i estudiar-ne la connectivitat. Com veureu, les imatges són vertaderes obres d'art.
Imatges del cervell d'un ratolí transgènic en què les neurones estan marcades amb diverses proteïnes fluorescents derivades de la GFP, obtingudes amb la tècnica Brainbow desenvolupada per investigadors de Harvard (Livet et al., Nature 450:56-63, 2007). Fotografia extreta de la informació publicada a la pàgina web del Premi Nobel de Química 2008.
Doncs bé, hi ha altres organismes que són bioluminescents, i ho són per una estratègia molt diferent. Aquesta setmana s'ha publicat un article a iScience, que investigua la causa de la luminescència d'un tipus de taurons (del mateix gènere que el tauró gat), que viuen al fons marí, tocant a la sorra i als llots del fons. Aquests taurons tenen la pell bioluminescent gràcies a una petita molècula, la quinurenina, que és un derivat de l'aminoàcid triptòfan. Aquests taurons tenen la pell de color reticulat, amb zones pigmentades i d'altres clares. En les zones clares (però no en les fosques), s'acumula aquest derivat del triptòfan, que en reaccionar amb l'element brom, genera quinurenat de brom. Aquest compost s'excita amb la llum blava que arriba a les profunditats marines on viu el tauró gat i produeix fluorescència verda (mireu el vídeo adjunt). A més, també a partir de la degradació del triptòfan, es generen diversos agents antimicrobians que li confereixen certa protecció davant possibles infeccions a causa del seu hàbitat, són sediments rics en bacteris.
Aquests resultats obren la porta a investigar altres mecanismes de producció de bioluminescència, ja que molts organismes marins produeixen llum i no coneixem com ho fan. Així podrem incrementar el ventall d'eines biotecnològiques de recerca per a generar fluorescència i, qui sap, potser trobar formes de produir llum brillant més sostenibles.