{"id":322764,"date":"2020-01-13T16:14:16","date_gmt":"2020-01-13T19:14:16","guid":{"rendered":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/?p=322764"},"modified":"2020-01-16T16:44:53","modified_gmt":"2020-01-16T19:44:53","slug":"verde-amarillo-o-rojo","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/verde-amarillo-o-rojo\/","title":{"rendered":"Verde, amarillo o rojo"},"content":{"rendered":"

Cualquiera que haya observado los destellos verdes en la noche conoce del encanto de las luci\u00e9rnagas. Pero m\u00e1s all\u00e1 del insecto en s\u00ed mismo, la qu\u00edmica que da origen a esa bioluminiscencia es algo a\u00fan m\u00e1s fascinante: en condiciones variables de pH, temperatura y en presencia de metales pesados, el color de la luz que emiten esas reacciones puede oscilar del verde al rojo. El mecanismo que permite esa variaci\u00f3n, un misterio desde hace d\u00e9cadas, ahora ha podido aclararse con el art\u00edculo publicado en la edici\u00f3n de este mes de la revista Scientific Reports<\/em> por el grupo del bioqu\u00edmico Vadim Viviani, del campus de Sorocaba de la Universidad Federal de S\u00e3o Carlos (UFSCar) y actual presidente de la Sociedad Internacional de Bioluminiscencia y Quimioluminiscencia. Viviani es un aficionado de las luci\u00e9rnagas desde su infancia y mantiene una colecci\u00f3n con m\u00e1s de 200 especies que recolect\u00f3 desde los 14 a\u00f1os, y desde hace d\u00e9cadas estudia los aspectos bioqu\u00edmicos y moleculares del fen\u00f3meno de la bioluminiscencia incluso en insectos que no emiten luz.<\/p>\n

El grupo de Viviani estudi\u00f3 la interacci\u00f3n entre las mol\u00e9culas responsables de la producci\u00f3n de luz y revel\u00f3 que, en la familia de las luci\u00e9rnagas m\u00e1s comunes, los lamp\u00edridos, la conformaci\u00f3n del sitio activo de la enzima luciferasa es la encargada de prender la sustancia denominada luciferina. \u201cDurante la reacci\u00f3n de oxidaci\u00f3n que genera luz, las partes con abundancia de cargas positivas de ambas mol\u00e9culas son forzadas una contra la otra, como si fuesen dos imanes con el mismo polo orientado uno contra el otro\u201d, compara el bioqu\u00edmico (vea la infograf\u00eda en la p\u00e1gina 60<\/em>). \u201cLa fuerza de repulsi\u00f3n derivada de esa aproximaci\u00f3n genera luz de alta energ\u00eda en la zona del verde\u201d. Ocurre que los iones positivos presentes en pH \u00e1cido o en metales pesados como el zinc, rompen las interacciones electrost\u00e1ticas que funcionan como portones que mantienen cerrada esa cavidad. As\u00ed, el sitio activo se abre, permitiendo el ingreso de agua que aten\u00faa la repulsi\u00f3n de las cargas positivas. Al mismo tiempo, la luciferina queda libre en el interior de la enzima, interactuando con las paredes de la cavidad de la luciferasa de una manera menos intensa. El resultado, en estos casos, es un destello anaranjado o rojo que entre las luci\u00e9rnagas solo puede verse cuando est\u00e1n al borde de la muerte.<\/p>\n

Anteriormente, se consideraba a la presencia o no de agua (polaridad), la presencia de grupos qu\u00edmicos b\u00e1sicos y la forma i\u00f3nica de las mol\u00e9culas involucradas \u2013con las interacciones electrost\u00e1ticas entre ellas\u2013 como las explicaciones posibles para los cambios que se observaban en el comportamiento de la luciferina y de la luciferasa. Los resultados actuales indican que, en lugar de ser alternativas, todos esos factores inciden en conjunto.<\/p>\n<\/div>

\n \n \n \n <\/picture><\/div>
\n

Luminosidad colorida<\/strong>
\nDesde su doctorado, que lleva adelante en el Instituto de Qu\u00edmica de la Universidad de S\u00e3o Paulo (IQ-USP) bajo la direcci\u00f3n del qu\u00edmico Etelvino Bechara, pionero en el estudio de la bioluminiscencia en Brasil, Viviani documenta e investiga los colores producidos por el gusano ferrocarril (Phrixothrix <\/em>sp.), perteneciente a la familia de los fengodidos, y de los cole\u00f3pteros conocidos popularmente como tucu-tucus o cocuyos (Pyrophorus<\/em> sp.), insectos de la familia de los elat\u00e9ridos, que producen un chasquido como forma de defensa. La diversidad lum\u00ednica de estos bichos exclusivos de los tr\u00f3picos del continente americano es la mayor entre los insectos bioluminiscentes: hay especies cuyo brillo es azul, en tanto que en otras es verde, amarillo, anaranjado o rojo. Incluso en tubos de ensayo, cuando la luciferina y la luciferasa reaccionan fuera de las c\u00e9lulas del organismo, cada par de mol\u00e9culas solo es capaz de producir un color, que no var\u00eda como ocurre en los lamp\u00edridos. Esa diversidad de patrones luminosos es lo que les permite a machos y hembras reconocerse a la hora del apareamiento. \u201cLas luci\u00e9rnagas ostentan vuelos nupciales con un modelo definido para cada especie, no existe la posibilidad de encuentros fallidos\u201d, dice Bechara.<\/p>\n

Al estudiar el efecto de las mutaciones que alteran la estructura molecular de las luciferasas y producir modelos que reproducen el formato tridimensional de las mol\u00e9culas, el grupo de Sorocaba est\u00e1 develando que las luciferasas de los elat\u00e9ridos y de los fengodidos parecen tener estructuras m\u00e1s r\u00edgidas. Las diferentes configuraciones, con sitios activos m\u00e1s estrechos o m\u00e1s amplios, ser\u00edan en parte aquello que define el color de la luz emitida por los organismos que producen esas mol\u00e9culas, tal como est\u00e1 siendo demostrado por la estudiante de doctorado Vanessa Bevilaqua. El bi\u00f3logo Danilo Amaral, quien realiza una pasant\u00eda de posdoctorado en el laboratorio de Viviani, est\u00e1 profundizando en el estudio de la actividad g\u00e9nica \u2013el transcriptoma en especies bioluminiscentes de elater\u00eddeos\u2013 para entender cu\u00e1l es la diferencia entre las c\u00e9lulas de las \u00e1reas luminiscentes en comparaci\u00f3n con las que no producen luz. Y tambi\u00e9n estudia el parentesco entre las especies para entender la evoluci\u00f3n de ese sistema. \u201cLas luciferasas de la familia de los escarabajos tienen un origen com\u00fan, pero su luces no son hom\u00f3logas\u201d, dice Amaral.<\/p>\n

En un elat\u00e9rido que se encontr\u00f3 en Mato Grosso (Pyrophorus angustus<\/em>), el grupo descubri\u00f3 una variante peculiar en los colores que emit\u00eda. Al igual que todos los integrantes bioluminiscentes de la familia, esos insectos tienen algo similar a dos focos detr\u00e1s de la cabeza \u2013en el prot\u00f3rax\u2013 que producen una luz verdosa. El cuadro es un tanto fantasmag\u00f3rica, como si fuesen dos ojos encendidos mientras el insecto se desplaza. Cuando vuelan, arquean el cuerpo y exponen su linterna abdominal, que est\u00e1 oculta bajo un pliegue. En ese caso emiten una luminosidad anaranjada, tal como lo describieron los investigadores en un art\u00edculo de 2016 en la revista Photochemical and Photobiological Sciences<\/em>. Esa caracter\u00edstica es algo singular no solo por la diferencia de color entre las luces de un mismo insecto, sino tambi\u00e9n porque en Am\u00e9rica Central, la misma especie emite distintos tonos de verde en ambas partes del cuerpo. \u201cPodr\u00eda ser una adaptaci\u00f3n a la luminosidad anaranjada del crep\u00fasculo en lo profundo de la selva amaz\u00f3nica\u201d, sugiere Amaral. Antes del hallazgo de ese insecto en la Amazonia, otra especie del mismo g\u00e9nero, P. plagiophthalamus<\/em>, de Jamaica, era la \u00fanica luci\u00e9rnaga conocida por la variaci\u00f3n en el color de su bioluminiscencia: de verde a amarillo en las linternas del prot\u00f3rax y de verde a anaranjado en el abdomen.<\/p>\n

\"\"

L\u00e9o Ramos Chaves<\/span><\/a> Larva de lamp\u00edrido, una familia de insectos que se caracteriza por su luz verdeL\u00e9o Ramos Chaves<\/span><\/p><\/div>\n

Este es uno de los hallazgos que justifica la decisi\u00f3n, hace casi 10 a\u00f1os, de ampliar los horizontes del trabajo de campo en direcci\u00f3n al norte. \u201cHemos estudiado bastante bien el Bosque Atl\u00e1ntico, y la Amazonia es muy poco conocida desde el punto de vista de la bioluminiscencia\u201d, dice Viviani, quien al momento de concederle la entrevista a Pesquisa FAPESP<\/em> estaba organizando una expedici\u00f3n de dos semanas a Mato Grosso y Rond\u00f4nia, una traves\u00eda de casi 3 mil kil\u00f3metros. Otro de los ejemplos amaz\u00f3nicos son las larvas de los elat\u00e9ridos del g\u00e9nero Pyrearinus<\/em>, que viven en paleocuevas excavadas por armadillos gigantes en la zona de Serra dos Caraj\u00e1s, en el estado de Par\u00e1, descritas en 2016 en la revista Annals of the Entomological Society of America<\/em>. Las larvas se instalan en los t\u00faneles que excavan en las paredes de esas cuevas de arcilla a los m\u00e1s conocidos termiteros salpicados de luces verdes en el Cerrado. Al emitir su luz en la zona cercana a la cabeza, esas larvas consiguen atraer a peque\u00f1os insectos que se convierten en su alimento.<\/p>\n

En las cavernas del Bosque Atl\u00e1ntico, en el Parque Estadual Intervales ubicado en el sur paulista, el grupo de Viviani encontr\u00f3 larvas de mosquito del g\u00e9nero Neoditomya<\/em> que no producen luz. Pero su semejanza con las larvas con bioluminiscencia azul del g\u00e9nero Orfelia<\/em> que habitan en Estados Unidos motiv\u00f3 su estudio, seg\u00fan un informe de este a\u00f1o publicado en la revista Photochemical and Photobiological Sciences<\/em>. Las larvas paulistas poseen luciferina y tambi\u00e9n una prote\u00edna que se encarga de acumularla. \u201cLa existencia de ambas mol\u00e9culas indica que la luciferina cumplir\u00eda una funci\u00f3n bioqu\u00edmica importante, pero a\u00fan no sabemos cu\u00e1l es\u201d, dice Viviani. Como no tiene luciferasa, permanecen apagadas. Se trata de un sistema bioqu\u00edmico diferente que ser\u00eda evolutivamente reciente y cuyas mol\u00e9culas son distintas, lo cual le permite a Viviani comenzar nuevamente a dilucidar ese mecanismo tal como lo hizo para otros organismos. \u201cSon soluciones nuevas, que pueden tener nuevas aplicaciones\u201d.<\/p>\n

De acuerdo con el pH y en presencia de metales pesados, el color de la luz que emiten las reacciones puede variar del verde al rojo<\/p><\/blockquote>\n

Del insecto a la biotecnolog\u00eda<\/strong>
\nLa sensibilidad de la luciferasa se ha mostrado prometedora como detector de condiciones ambientales. Luego de aislar la enzima de las luci\u00e9rnagas y los genes encargados de producirla, los cient\u00edficos introducen esas instrucciones gen\u00e9ticas en bacterias que pasan a producir la mol\u00e9cula de inter\u00e9s. Se trata de un proceso al cual se lo conoce como clonaci\u00f3n molecular. De esa manera no solo logran fabricar la sustancia productora de luz, sino tambi\u00e9n introducir alteraciones en su conformaci\u00f3n y en sus propiedades recurriendo a la ingenier\u00eda gen\u00e9tica. Esas bacterias, que se cultivan en pozos diminutos en placas de pl\u00e1stico, se transforman en sensores luminiscentes de metales pesados que cambian de color seg\u00fan la sustancia con la cual entran en contacto, tal como consta en un art\u00edculo de 2016 publicado en la revista Analytical and Bioanalytical Chemistry<\/em>, que form\u00f3 parte del doctorado que obtuvo la biotecn\u00f3loga Gabriele Gabriel en 2017.<\/p>\n

\u201cAhora estamos intentando cambiar el tama\u00f1o de la cavidad del sitio activo y sus propiedades electrost\u00e1ticas con relativo \u00e9xito\u201d, dice Viviani. Esas modificaciones permitir\u00e1n aumentar la sensibilidad de la luciferasa para metales pesados t\u00f3xicos, tales como plomo, cadmio y mercurio. \u201cTodav\u00eda no sabemos si eso tendr\u00e1 una aplicaci\u00f3n efectiva, pero todo indica que s\u00ed\u201d, dice el investigador, quien ya registr\u00f3 la patente del m\u00e9todo. El nuevo m\u00e9todo podr\u00eda emplearse para la detecci\u00f3n de alteraciones en el pH y de metales en el interior de las c\u00e9lulas, lo cual posibilitar\u00eda la realizaci\u00f3n de pruebas de toxicidad en sustancias farmac\u00e9uticas y cosm\u00e9ticas en cultivos de c\u00e9lulas, monitorear el avance de infecciones o la proliferaci\u00f3n de c\u00e9lulas metast\u00e1sicas y colaborar con la industria farmac\u00e9utica en el an\u00e1lisis de drogas reduciendo el uso de cobayos en los experimentos. El investigador se propone fundar una startup<\/em> para desarrollar este tipo de sistemas luminiscentes para diversas aplicaciones.<\/p>\n

Entre campo y laboratorio, el trabajo de Viviani involucra ecolog\u00eda, evoluci\u00f3n, gen\u00e9tica y, sobre todo, bioqu\u00edmica. \u201cVadim Viviani se ocupa de la labor moderna y contempor\u00e1nea de la bioluminiscencia\u201d, dice Etelvino Bechara. \u201c\u00c9l manipula el ADN a su antojo para producir luz amarilla, anaranjada o roja, y eso es de gran importancia para aplicaciones anal\u00edticas\u201d. Todo ha cambiado mucho desde que comenz\u00f3 a trabajar con bioluminiscencia en la d\u00e9cada de 1970. \u201cNo exist\u00eda la biolog\u00eda molecular, incluso hab\u00eda m\u00e1s de historia natural que de qu\u00edmica\u201d, recuerda el qu\u00edmico, quien actualmente estudia la bioluminiscencia en hongos junto con el qu\u00edmico Cassius Stevani, del IQ-USP (lea en <\/em>Pesquisa FAPESP, edici\u00f3n n\u00ba 255<\/em>).<\/p>\n

Viviani tambi\u00e9n considera que una de las obligaciones del cient\u00edfico es la difusi\u00f3n al p\u00fablico. Hace un a\u00f1o instal\u00f3 en un centro de extensi\u00f3n de la universidad un peque\u00f1o museo de bioluminiscencia, que recibe a estudiantes de escuelas locales (https:\/\/biota-biolum.wixsite.com\/museu-luminescencia<\/a>). \u201cAh\u00ed ponemos a disposici\u00f3n el conocimiento que producimos en el laboratorio\u201d.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"Estudios sobre bioluminiscencia revelan los mecanismos subyacentes en el color del destello de las luci\u00e9rnagas","protected":false},"author":3,"featured_media":322765,"comment_status":"open","ping_status":"open","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"_acf_changed":false,"_exactmetrics_skip_tracking":false,"_exactmetrics_sitenote_active":false,"_exactmetrics_sitenote_note":"","_exactmetrics_sitenote_category":0,"footnotes":""},"categories":[181],"tags":[278,280,328],"coauthors":[1601],"class_list":["post-322764","post","type-post","status-publish","format-standard","has-post-thumbnail","hentry","category-ciencia-es","tag-biologia-es","tag-bioquimica-es","tag-quimica-es"],"acf":[],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/322764","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/users\/3"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=322764"}],"version-history":[{"count":2,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/322764\/revisions"}],"predecessor-version":[{"id":323474,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/322764\/revisions\/323474"}],"wp:featuredmedia":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/media\/322765"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=322764"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=322764"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=322764"},{"taxonomy":"author","embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/coauthors?post=322764"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}