Una de las cosas que me gusta hacer cada verano es mirar la lluvia de Perseidas (las llamadas lágrimas de San Lorenzo). A los humanos nos gusta levantar los ojos y ver el brillo de las estrellas recortadas en el cielo negro. Nos atraen las manchas de luz brillantes. Quizás por eso tienen éxito los adhesivos fosforescentes en forma de estrellas y planetas de diferentes formas y tamaños que se enganchan en el techo y brillan en la oscuridad durante un rato. Seguramente, también por eso, nos fascina ver la luz verdosa y azul que cubre la superficie del mar cuando hay grandes grupos de medusas fluorescentes.
Sabemos que hay elementos químicos que almacenan la energía de la luz, produciendo fosforescencia con un cierto retraso, y pintamos con estos compuestos los adhesivos o con este tipo de material hacemos figuritas, ¿pero cómo se produce la fluorescencia en los seres vivos? ¿Cómo producen luz las medusas? El año 2008 se concedió el Premio Nobel de Química a tres científicos que conjuntamente averiguaron, no sólo cuál es la proteína responsable de la fluorescencia verde de las medusas, la llamada GFP (green fluorescente protein), sino como usar esta proteína para marcar otras proteínas de interés por estudiar células e incluso, organismos completos, y como generar toda una colección de proteínas similares, de diferentes colores (azul cielo, amarillo y todo el arco iris). Podéis encontrar una explicación al alcance de todos los públicos en la misma página web del Premio Nobel, y otra de más avanzada para los que tengan conocimientos de química.
La proteína GFP no es muy grande, pero se repliega sobre sí misma como un cilindro, se parece a una lata de refresco. En esta conformación, cuando incide luz de color azul (por ejemplo, la luz actínica, como la que había antes en las discotecas y que hace reverberar el color blanco), capta la energía de los fotones y emite luz de color verde (capta la energía en la longitud de onda de la luz azul y lo emite en la longitud de onda de los verdes). Lo que hace particularmente interesante la GFP es que esta propiedad de luminiscencia es intrínseca y no depende de ningún otro producto ni reacción química, es inerte. Sólo necesita que incida un haz de luz azul, y desprende luz verde. Eso facilita que la proteína GFP sea compatible con la vida, y que no interfiera con ninguna reacción celular. Por lo tanto, como conocemos el gen (la secuencia de ADN que codifica la GFP) podemos hacer ingeniería genética e introducirla en otro organismo. Hay miles de organismos transgénicos por la GFP, bacterias, plantas, hongos, gusanos, moscas de la fruta, peces, ranas, ratones... y también, cerdos, gatos y monos. Evidentemente, la gran mayoría de estos organismos transgénicos se generan para realizar estudios importantes de enfermedades humanas, por ejemplo, los gatos y los monos transgénicos para la GFP se han generado para estudiar el SIDA. Pero es cierto, que también se pueden encontrar peces de agua dulce transgénicos que son fluorescentes para lucir en las peceras (se comercializan como Glofish y podéis encontrar un vídeo en línea en que, bajo luz actínica, se mueven como flechas de luces de neón). Si queréis ver una galería de fotos fascinante de organismos transgénicos con GFP, los podéis encontrar en esta página del National Geographic. Además, como os he comentado, se han creado variantes de la GFP que producen luz en todo el espectro de colores, por lo cual podemos introducir las diversas variantes para marcar diferentes proteínas o diferentes células. Algunas de las imágenes más espectaculares son las generadas por la técnica Brainbow (un juego de palabras entre brain, cerebro, y rainbow, arco iris) en un ratón, que permite marcar las neuronas del cerebro en diferentes colores (hasta 100 matices) y estudiar la conectividad. Como veréis, las imágenes son verdaderas obras de arte.
Imágenes del cerebro de un ratón transgénico en que las neuronas están marcadas con varias proteínas fluorescentes derivadas de la GFP, obtenidas con la técnica Brainbow desarrollada por investigadores de Harvard (Livet, et al. Nature 450:56-63, 2007). Fotografía extraída de la información publicada a la página web del Premio Nobel de Química 2008.
Pues bien, hay otros organismos que son bioluminiscentes, y lo son por| una estrategia muy diferente. Esta semana se ha publicado un artículo en iScience, que investiga la causa de la luminiscencia de un tipo de tiburones (del mismo género que el tiburón gato), que viven en el fondo marino, junto a la arena y en los lodos del fondo. Estos tiburones tienen la piel bioluminiscente gracias a una pequeña molécula, la quinurenina, que es un derivado del aminoácido triptofán. Estos tiburones tienen la piel de color reticulado, con zonas pigmentadas y otras claras. En las zonas claras (pero no en las oscuras), se acumula este derivado del triptofán, que al reaccionar con el elemento bromo, genera quinurenato de bromo. Este compuesto se excita con la luz azul que llega a las profundidades marinas donde vive el tiburón gato y produce fluorescencia verde (mirad el vídeo adjunto). Además, también a partir de la degradación del triptofán, se generan varios agentes antimicrobios que le confieren cierta protección ante posibles infecciones a causa de su hábitat, son sedimentos ricos en bacterias.
Estos resultados abren la puerta a investigar otros mecanismos de producción de bioluminiscencia, ya que muchos organismos marinos producen luz y no conocemos como lo hacen. Así podremos incrementar el abanico de herramientas biotecnológicas de investigación para generar fluorescencia y quién sabe, quizás encontrar formas de producir luz brillante más sostenibles.