¡Y se hizo la luz! Las bacterias ahora pueden ver a color

Por Sergio Romero

Sergio recuerda a la perfección sus clases de preescolar. Añora lo maravilloso de ir sólo 4 horas al día y dedicarse a hacer bolitas de papel crepé, pegar palitos de madera en hojas bond,  hacer servilleteros para el Día de las Madres, y muchas otras cosas más (aunque no recuerda con buenos ojos el día en que fue un árbol –sí, un torpe e inmóvil árbol- en el festival de la Primavera). Algo que aprendió en esa época fue sobre los colores primarios: rojo, verde y azul, y el cómo al mezclarlos con sus acuarelas del pelícano lograba formar otros muchos colores y, al hacerlo, se sentía el rey del mundo por esos descubrimientos.

Pero el tiempo pasó, como una estrella fugaz y nuestro amor falleció sin razóooooon… Disculpen, las rolas del Spotify me distrajeron un poco. Decía, el tiempo pasó y, aunque las habilidades artísticas nunca hicieron su aparición, Sergio recuerda bien el sistema de colores primarios, aquel que conocemos como sistema RGB (por Red, Green, Blue). Esta triada de colores son detectados por nuestros ojos y son esenciales para interpretar cualquier otro color. Este sistema de colores (aunado a los modos CMYK y sRGB) básicamente controlan el cómo vemos y desarrollamos la estandarización de los pigmentos. Las pantallas de televisión, las computadoras, el Photoshop, las cámaras fotográficas, los escáneres, etc., se basan en estas paletas de colores y son los responsables de que tengamos una vida colorida. A esta lista de sistemas hay que agregarles uno que fue recientemente desarrollado: bacterias de Escherichia coli (las mismas que tenemos en los intestinos) que ahora pueden detectar estos tres tonos, sí, bacterias que pueden “ver” en rojo, verde y azul.

Resulta que hace unas semanas, científicos del Instituto Tecnológico de Massachusetts publicaron una investigación en la que describen el cómo lograron desarrollar, con gran ingenio biotecnológico, un sistema genético que se introdujo a bacterias de E. coli para que éstas respondieran a los tres colores mencionados y, al hacerlo, expresaran diferentes genes que realizaban distintas funciones (ellos ya habían logrado algo similar creando fotografías en blanco y negro en 2005). Las células fueron programadas con un sistema RGB  dividido en 4 subsistemas básicos para procesar la entrada de luz (que incluye 18 genes), muy similar a la lógica que siguen los chips de computadora (si no me creen, pregúntenle a su informático, ingeniero o cualquieraqueestudieesto de confianza). El primer módulo es un conjunto de sensores que detectan las señales ambientales (la luz, pues), después, en segundo lugar, se encuentra un circuito que procesa estas señales y las integra para ejecutar una respuesta. En tercer lugar está un “asignador de recursos” que conecta la salida del circuito a los efectores; finalmente, los efectores implementan las funciones y producen una respuesta biológica, en este caso, la producción de un pigmento rojo, verde o azul.

SistemaRGB
El diseño está compuesto por cuatro subsistemas. Los pasos que sigue el chip genético están numerados en orden progresivo; el producto final es la síntesis de un pigmento color azul, verde o rojo. Además, se muestran los genes que se encuentran en la bacteria, ya sea en plásmidos o en su genoma. Modificado de: Fernandez-Rodriguez, 2017.

¿Pero biológicamente quién integra este chip? Acá lo hermoso del asunto, vayamos por partes. Si recuerdan, la primera sección es el sistema sensor. La unidad está compuesta por 3 proteínas distintas: la luz roja se detecta por Cph8, la luz verde por CcaSR y la luz azul por YF1; estas tres proteínas actúan idénticamente como los interruptores que usan en su casa para apagar y prender la luz, pero en este caso se activan o desactivan cuando la luz provoca que un grupo fosfato se le pegue o despegue a la proteína. En segundo lugar, el circuito está integrado por las moléculas Cl y PhlF, las cuales funcionan como represores, provocando un bloqueo de las salidas de los otros colores; es decir, cuando las bacterias se estimulan con luz roja, el circuito reprime los genes que detectan la luz verde y azul, esto es, apaga los interruptores y sólo deja trabajando el del color deseado. Una vez que el circuito hizo lo suyo, las señales inducen a unas moléculas llamadas promotores (, PcpcG2-172, y PPhlF), quienes son los “asignadores de recursos” que estimulan la producción de otras tres moléculas (σK1F, σCGG, y σT3) y éstas activan a otras tres más: PK1F, PCGG, y PT3. Este paso es como una reacción en cadena, de forma similar como si juntaras varias fichas de dominó y al caer una hace que se caiga la otra y ésta tumba a otra más. Ya en la parte final del circuito están los efectores, o sea, los que producen el color deseado. Para el rojo se utilizó a la enzima glucuronidasa, para el verde la β-galactosidasa y para el azul una monooxigenasa (en otras versiones, cambiaron estas enzimas por proteínas fluorescentes que hicieron la misma función); las enzimas sintetizan un pigmento de color y hacen que podamos verlo a simple vista.

Después de esta cátedra de nerdez, los investigadores probaron sus sistemas sembrando bacterias en placas y dibujando cosas bien chidas (abajo encontrarán las fotos). Ellos trazaron un bodegón, un cuadro medio raro digno  de exponerse en el MUAC y, lo más hermoso: ¡figuras de Mario Bros para cada color! Con esto comprobaron que su sistema funcionaba y que, románticamente, le dieron ojos a las bacterias para poder ver distintos colores (qué Fundación Cinépolis ni qué ocho cuartos).

Fotografías_Ecoli
Fotografías a color dibujadas con bacterias de E. coli modificadas con el sistema RGB. Créditos: Fernandez-Rodriguez, 2017.

¿Pero qué beneficios tiene este desarrollo? Si nos ponemos de chairos (a Sergio le gusta ese papel), estos adelantos podrían servir para crear bacterias modificadas que puedan iniciar o detener ciertas reacciones químicas (por ejemplo, la fermentación de cerveza), crear “células o bacterias solares” (que transformen la energía solar en otro tipo), desarrollar sistemas de diagnóstico para algunas enfermedades y, una aplicación más inútil pero divertida, poner bacterias en grandes recipientes y que sean “bacterias disco”, en donde las luces de colores diferentes estén parpadeando al ritmo de Dancing Queen, Y. M. C. A. o Stayin’ Alive

 

 

¿Quieres saber más de bacterias manipuladas por optogenética?:

Fernandez-Rodriguez, J., Moser, F., Song, M., y C. Voigt. Engineering RGB color vision into Escherichia coli. Nature Chemical Biology, 2017. Enlace: https://www.nature.com/nchembio/journal/vaop/ncurrent/full/nchembio.2390.html

Levskaya, A., Chevalier, A. A., Tabor, J. J. (et al). Synthetic biology: Engineering Escherichia coli to see light. Nature, 2005, 438: 4067. Enlace: https://www.nature.com/nature/journal/v438/n7067/full/nature04405.html

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