Moverse en la penumbra es difícil pero no imposible. Para ayudarnos en esta tarea tenemos los bastones, un tipo de células sensibles a la luz (fotorreceptores) presentes en la retina, responsables de la visión en bajas condiciones de luminosidad. Estas son las protagonistas del nuevo estudio realizado por un equipo de la Escuela Internacional Superior de Estudios Avanzados de Italia (SISSA) que revela nuevos y esenciales detalles sobre el funcionamiento de la retina y en particular de estos fotorreceptores. 

Los bastones constan de dos segmentos: el segmento externo y el segmento interno. El segmento externo de los bastones es donde se encuentra la máquina biológica capaz de captar la luz, mientras que el segmento interno es responsable de la información que se transfiere al cerebro. “Hemos comprendido que el segmento externo es más frágil de lo que se pensaba”, explica Vincent Torre, neurocientífico del SISSA que lidera el equipo que realizó la investigación. “El segmento exterior consiste en una pila de discos lípidos que contienen proteínas responsables de la fototransducción. Los nuevos discos se generan en base de este segmento mientras que los discos usados se retiran a la punta del mismo. Tradicionalmente, se pensaba que en una pila de unos 1000 discos había una uniformidad casi perfecta. Sin embargo, nuestro trabajo muestra que sólo los primeros 200 o 300 discos en la base del segmento exterior son los que efectivamente son capaces de detectar el fotón de luz, característica de la que proviene la gran sensibilidad de los bastones. Los demás discos situados cerca de la punta pierden gradualmente eficacia y sensibilidad, por lo que deben ser eliminados y sustituidos por nuevos discos en perfecto estado”. 

Fue el Calcio, un ión presente en gran número en los proceso biológicos lo que permitió la comprensión de este mecanismo. Su concentración en el segmento exterior es un excelente indicador de la funcionalidad e integridad de la fototransducción, el proceso con el que los fotorreceptores convierten la luz en señales nerviosas. “Con nuevas sondas ópticas medimos la concentración y distribución del calcio en el segmento exterior. Usando instrumentos avanzados de microscopía óptica, fuimos capaces de estudiar la distribución del calcio con una resolución y precisión sin precedentes. Lo que ha surgido del análisis es que hay una mayor concentración de calcio en la base del segmento exterior con respecto a la punta, lo que ayuda a entender la estructura de los bastones mostrando su no-homogenidad, como se pensaba hasta ahora”, explica Dan Cojoc, del Consejo Nacional de Investigación CNR-Iom, y también autor de la investigación. 

Un segundo resultado no menos importante es el descubrimiento de brotes espontáneos de calcio, es decir, rápidos aumentos de calcio. Estos brotes o “destellos de calcio” no están distribuidos uniformemente, sino que se encuentran en la punta del segmento exterior, lo que demuestra la existencia de un gradiente funcional a lo largo del mismo, propiedad fundamental para la transducción de los fotorreceptores de todos los vertebrados. Como una luz de advertencia estos “destellos de calcio” indican que los discos empiezan a dejar de funcionar en su mejor momento y necesitan ser cambiados. 

“Estas diferencias pueden reflejar un gradiente de energía que se origina en las mitocondrias del segmento interno. Los autores del estudio también hacen la asombrosa observación de que el calcio aumenta espontáneamente tanto en la punta como en la base (pero más a menudo en la punta), así como más raramente en el segmento interno. Estos aumentos producen destellos repentinos, es decir, picos de concentración de Calcio, que disminuyen lentamente durante varios segundos y que permanecen locales sin propagarse dentro del segmento externo o entre el segmento interno y el externo», explica el neurocientífico, Gordon Fain, de la Universidad de California. 

Los experimentos realizados por los investigadores muestran tres importantes propiedades de los bastones. Primero, el calcio intracelular y las proteínas clave tiene concentraciones que varían desde la base del segmento exterior hasta la punta. En segundo lugar, hay brotes espontáneos de calcio, que están muy localizados y son más pronunciados en la punta del segmento exterior. Por último, un destello de luz brillante a 488nm induce una caída de calcio en la base del segmento exterior pero a menudo un destellos en la punta del mismo. Por lo tanto, el segmento exterior de los bastones no son estructuras homogéneas, sino que tienen un gradiente estructural y funcional, que es un aspecto fundamental de la transducción de estos fotorreceptores.