¿Cómo crear organismos bioluminiscentes?

Científicos descubren un conjunto de enzimas para crear organismos eucariotas brillantes por primera vez

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Neonothopanus nambi

Al comparar los hongos que brillan con los que no lo hacen, el equipo de Yampolsky también descubrió cómo la duplicación de genes permitió que la bioluminiscencia evolucionara hace más de cien millones de años

Foto: C. Stevani

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Pichia pastoris

Cultivo de levatura Pichia pastoris iluminada artificialmente

Foto: Sergei Shakhov

Pichia pastoris

¿Cómo crear organismos bioluminiscentes?

A la luz del día, Neonothopanus nambi es un hongo pardo bastante corriente. Sin embargo esconde una sorpresa detrás de su triste fachada gris: por la noche, el hongo brilla de un color verde fantasmagórico. Neonothopanus nambi es una de las más de 100 especies de hongos que emiten luz, de hecho ya Aristóteles documentó este fenómeno que en la actualidad conocemos como bioluminiscencia.

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Ahora, los científicos han identificado por primera vez la vía bioquímica que permite que los hongos bioluminiscentes se iluminen.Y ademas han llegado aún más lejos al colocar los tres genes necesarios para generar luminiscencia en una levadura no brillante, creando de este modo el primer organismo eucariota artificialmente luminiscente. El estudio dirigido por por Ilia Yampolsky del Instituto de Química Bioorgánica de la Academia de Ciencias de Rusia y titulado Genetically encodable bioluminescent system from fungi se publica esta semana en la revista PNAS.

¿Como funciona la bioluminiscencia?

Las luciérnagas y las setas resplandecientes son algunas de las pocas cosas que se pueden ver en una noche oscura en lo profundo del bosque brasileño. Ambos se comportan como luces nocturnas vivas gracias al proceso de bioluminiscencia, un fenómeno natural por el cual una sustancia llamada luciferina se oxida con la ayuda de la enzima luciferasa para emitir una luz.

La bioluminiscencia se encuentra en muchas especies, desde gusanos brillantes hasta peces de aguas profundas. Hasta ahora, sin embargo, la vía bioquímica que produce la luciferina no se entendía en ningún organismo, excepto en las bacterias. Esta falta de conocimiento obstaculizó los intentos de hacer que los organismos superiores, como los animales y las plantas, brillaran. No obstante, ahora, un equipo internacional de científicos acaba de identificar cómo brilla un organismo eucariota: el hongo Neonothopanus nambi, encontrando los genes clave responsables de su bioluminiscencia.

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Mediante el análisis tanto de su genoma como de varias bases de datos, el equipo identificó las enzimas que contribuyen a la síntesis de luciferina, mostrando que la luciferina fúngica -el sustrato de la reacción de bioluminiscencia- está a solo dos pasos enzimáticos de un metabolito conocido, llamado ácido cafeico, que genera el hongo; es decir, que a partir de dicho ácido, tan solo son necesarias dos enzimas y dos reacciones químicas para conseguir que el hongo brille.

El primer organismo eucariota brillante

Al comparar los hongos que brillan con los que no lo hacen, el equipo de Yampolsky también descubrió cómo la duplicación de genes permitió que la bioluminiscencia evolucionara hace más de cien millones de años. Fyodor Kondrashov profesor del Instituto de Ciencia y Tecnología de Austria -IST Austria- y coautor del estudio se pregunta: "¿Por qué evolucionó la lumiscencia en estos hongos?" ¿Es benéfica para ellos o se trata simplemente un producto secundario? No lo sabemos todavía. Hay evidencias de que el brillo atrae a los insectos que distribuyen las esporas. Pero no podemos afirmar con vehemencia que esta sea la única razón".

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Sabiendo cómo brillan los hongos bioluminiscentes, los investigadores "encendieron" al primer organismo eucariota no bioluminiscentes. La inserción del gen que codifica la luciferasa en Neonothopanus nambi junto con otros tres genes cuyos productos forman la cadena que convierte el metabolito ácido cafeico en el sustrato para la reacción, la luciferina, en la levadura Pichia pastoris dio como resultado colonias brillantes de levaduras. "No suministramos un producto químico que hace que la levadura brille. En cambio, suministramos las enzimas que necesita para convertir un producto metabólico que ya está presente en la levadura en luz", explica Kondrashov.

Este descubrimiento podría encontrar aplicaciones generalizadas, desde tejidos que informan sobre cambios en su fisiología hasta crear animales y plantas brillantes. "Si pensamos en escenarios de ciencia ficción en los que las plantas brillantes reemplazan las luces de la calle, este es el camino para lograrlo; sin embargo, puede tomar varios años hasta que seamos capaces de diseñar tal planta" concluye el científico.

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