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09/10/2008

La vida en verde

Autor: Gustavo González Gaitano
Departamento de Química y Edafología
Universidad de Navarra

Fecha: 9 de octubre de 2008

Publicado en: Diario de Navarra

La Real Academia Sueca de las Ciencias ha galardonado con el premio Nobel de Química 2008 a los investigadores Osamu Shimomura (Laboratorio de Biología Marina, Massachusetts), Martin Chalfie (Universidad de Columbia, Nueva York); y Roger Y. Tsien (Universidad de California, San Diego) por el descubrimiento y desarrollo de la Proteína Verde Fluorescente (Green Fluorescent Protein).

La intensa luminiscencia verde de esta proteína aparece al alumbrarla con luz azul y ultravioleta y ha proporcionado a bioquímicos, biólogos, médicos y otros investigadores una herramienta insustituible para revelar tumores en estado de crecimiento, mostrar el desarrollo de la enfermedad de Alzheimer en el cerebro o el crecimiento de bacterias patógenas, entre otras aplicaciones.

Es difícil estudiar el funcionamiento de una maquinaria de apenas 0,01 mm como la célula, pero éste es el nivel al que deben trabajar los científicos. Cuando se entiende cómo las células construyen nuevos vasos que proporcionan oxígeno y nutrientes a un tumor, por ejemplo, se está en condiciones de impedir su desarrollo. Esos complicados procesos están regulados por decenas de miles de proteínas, cada una con su función, y es aquí donde entra la aplicación más importante de la GFP: gracias a la luz verde que emite, es posible rastrear los procesos bioquímicos dentro de una célula individual bajo el microscopio. Conectando la GFP a una de estas proteínas se puede obtener información trascendental: qué células contienen esa proteína, cuáles son sus movimientos y cómo interaccionan unas con otras.

Medusas y gusanos

La historia de este descubrimiento se remonta a Japón tras la Segunda Guerra Mundial. En 1955, Osamu Shimomura fue contratado como ayudante en la Universidad de Nagoya y se le encomendó la tarea de descubrir qué compuesto hacía que los restos triturados de un molusco brillaran al contacto con agua. En 1956 concluyó que una proteína era la responsable de la luminiscencia, lo que le valió el doctorado. Tras publicar sus resultados, prosiguió con el estudio de materiales luminiscentes naturales, esta vez en una medusa (Aequorea victoria) cuyo borde exterior brilla con luz verdosa cuando se agita. Tuvo que pescar 10.000 medusas en la costa oeste de Norteamérica para obtener unos miligramos de material luminiscente, sustancia que ahora se conoce como acuorina. En 1962 aisló también una proteína que era verdosa a la luz del sol, amarilla a la luz de una lámpara y verde fluorescente con UV. Era la primera vez que se describía la GFP. Lo verdaderamente revolucionario de esta molécula es que no necesita aditivos para brillar, a diferencia de otras proteínas bioluminiscentes: basta con irradiarla con luz azul o ultravioleta.

En 1990, Martin Chalfie se planteó utilizar la GFP como rastreador de la actividad celular de uno de los organismos mejor conocidos del mundo, la bacteria intestinal Escherichia Coli. La idea era conectar el gen de la GFP con genes responsables de otras funciones celulares de modo que, cuando éstos se activan, también lo hace el responsable de la GFP, lo que se observa por la emisión de luz verde. Para ello tuvo que encontrar primero el gen que produce la GFP en la Aequorea victoria e incorporarlo al genoma de la bacteria, de modo que ella misma pudiera producirla. El experimento fue un éxito y lo que observaron al microscopio fue una bacteria luminosa de color verde al irradiarla con luz UV. Poco después aplicaría este procedimiento para visualizar los receptores neuronales de otro microorganismo, el gusano C. Elegans.

La aportación del tercer laureado, Roger Tsien, fue la de ampliar la "paleta de colores" y la intensidad con la que lucen estas proteínas. Primero estudió la estructura molecular de la GFP y explicó cómo reaccionan entre sí varios de los aminoácidos (unidades estructurales que componen las proteínas) para producir la luz. A continuación, pudo desarrollar nuevas variantes de la GFP que brillaban con más intensidad y en otros colores, como el azul marino, celeste, o amarillo. Otros investigadores y compañías han contribuido posteriormente con nuevos tonos.

Un arco iris cerebral

Tres de estas proteínas se han usado en un espectacular experimento: modificar genéticamente ratones para colorear de rojo, azul y verde las células nerviosas del cerebro (los mismos que se usan en las impresoras de tinta). El resultado es un cerebro de ratón que brilla con los colores del arco iris. De este modo se distinguen perfectamente las fibras nerviosas que parten de las células en la densa maraña cerebral, en un experimento que los mismos investigadores han bautizado como "brainbow". La GFP se ha utilizado también en aplicaciones biotecnológicas, como la detección de arsénico en pozos de agua, un problema frecuente en puntos del sudeste asiático. Para ello se han desarrollado bacterias resistentes al arsénico que brillan en presencia de este metal, o de metales pesados como el cadmio y zinc, e incluso el explosivo TNT.

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