Los tamaños de los sitios activos en las enzimas luciferasa de los gusanos ferroviarios controlan el nivel de energía y, por lo tanto, el color de la luz que producen.
Introducción
Un bosque iluminado por la luna lleno de bolas de luz que revolotean puede parecer una escena de un cuento de hadas, pero es un fenómeno del mundo real gracias a las reacciones químicas internas de algunos insectos. Si bien la mayoría de los escarabajos bioluminiscentes tienen un brillo amarillo o verde, uno, conocido como el gusano ferroviario, también produce una luz roja.
La estrategia
Un pariente cercano de las luciérnagas y nativo de las Américas, los gusanos ferroviarios (Phrixotrix hirtus) tienen varios puntos de luz de color amarillo verdoso a lo largo de la espalda, lo que recuerda las ventanas brillantemente iluminadas de un tren que pasa en la noche. Sus cabezas emiten una luz roja que les ayuda tanto a navegar en la oscuridad como a intimidar a los depredadores. Como adultos, los machos se transforman en escarabajos, mientras que las hembras permanecen en un estado brillante similar al de un gusano. Esto ayuda a los machos a localizar hembras para la reproducción.
Curiosamente, se ha descubierto que tienen control sobre sus poderes emisores de luz, brillando más intensamente cuando se les molesta y alternando entre brillos de colores.
Pero, ¿cómo, exactamente, crean este espectáculo de luces multicolores? Aunque la bioluminiscencia puede ocurrir a través de una reacción química propia de la criatura o mediante la presencia de bacterias simbióticas bioluminiscentes, los gusanos ferroviarios usan la primera. Una enzima especializada conocida como luciferasa tiene un sitio activo al que se une una molécula de luciferina. Cambios sutiles en la estructura molecular alteran el brillo de color de diferentes especies bioluminiscentes.
Las luciferasas de color verde amarillo tienen un sitio activo más pequeño, lo que significa que cuando la luciferina se une, se comprime con más fuerza, creando una repulsión electrostática entre las dos moléculas que libera luz de alta energía, que percibimos como verde o amarilla. En el caso de la luciferasa roja, el sitio activo es más grande y menos rígido, lo que conduce a una reducción de la repulsión electrostática entre la luciferina y la luciferasa. La luz producida es menos energética y se percibe como roja.
¿Cuánta diferencia de energía es esta? La luz roja se encuentra en el extremo inferior del espectro visible, con fotones rojos de luz que emiten alrededor de 1.8 voltios eléctricos de energía, en comparación con los 2.4 voltios eléctricos emitidos por un fotón verde.
Las posibilidades
Los tratamientos médicos buscan localizar y apuntar a tejidos específicos dentro del cuerpo de manera mínimamente invasiva, y un método que permite esto se conoce como bioimágenes. Usando luz y fluorescencia, entre otras herramientas, puede usarse para visualizar procesos biológicos a medida que ocurren, o para permitir imágenes 3D mejoradas.
Las enzimas de escarabajo que producen bioluminiscencia se usan comúnmente para la bioimagen, y las enzimas rojas son muy útiles para dirigirse a los tejidos que normalmente absorben y neutralizan las luces en el espectro azul-verde. En las células de mamíferos, los tejidos ricos en hemoglobina y mioglobina, como los músculos y la sangre, son particularmente difíciles de visualizar, pero el uso de enzimas que producen luz roja podría ayudar a identificar estos tejidos en aplicaciones biotecnológicas.
