La bioluminiscencia es un proceso de conversión de energía en luz que algunos organismos utilizan para comunicarse, capturar presas o aparearse. Este fenómeno ha fascinado durante mucho tiempo a los científicos y al público en general, pero muchos detalles de las reacciones químicas utilizadas para producir luz siguen sin estar claros. Por ejemplo, sigue siendo incierto por qué varias especies de escarabajos pueden emitir diferentes colores de luz, a pesar de que utilizan enzimas productoras de luz muy similares.

Un equipo de investigación del Laboratorio de Materiales Inteligentes de la Universidad de Abu Dhabi (NYUAD), dirigido por el profesor de Química Panče Naumov, ha realizado una revisión exhaustiva de la literatura científica sobre la bioluminiscencia, para ofrecer el panorama más completo, hasta ahora realizado, en este fascinante fenómeno de producción natural de luz. 

En el estudio, publicado recientemente en la revista científica Nature Reviews Chemistry, los investigadores identifican los intrincados factores estructurales que rigen el color de la luz emitida por las luciferasas, las enzimas que generan la luz. Y muestra cómo es posible construir una biblioteca de enzimas bioluminiscentes en el futuro, que permitirá a los investigadores controlar el color y la intensidad de la emisión de luz a voluntad, mediante la ingeniería de las luciferasas. 

“Aprender de la naturaleza nos proporcionará herramientas para diseñar luciferasas que puedan emitir colores dentro de un amplio rango de energías. Esto eventualmente nos ayudará a expandir el rango de aplicación de estas y otras enzimas similares para algunas aplicaciones excitantes en biología y medicina, incluyendo el diagnóstico temprano y la prevención de enfermedades”, explica Naumov. 

La importancia de la bioluminiscencia

A lo largo de la historia de la humanidad, la bioluminiscencia ha sido una inspiración para científicos y artistas. Hongos brillantes han sido utilizados por las tribus como linternas para guiar su camino a través de las selvas sin necesidad de electricidad, y las luciérnagas fueron utilizadas por los mineros como luces de seguridad. 

El Premio Nobel de Química de 2008 fue otorgado por el descubrimiento de la proteína verde fluorescente, una proteína bioluminiscente que se encuentra en la medusa Aequorea victoria. Hoy en día, la bioluminiscencia es la base de un gran número de métodos bioanalíticos, como la imagenología celular, la investigación del cáncer y el control de la contaminación de los alimentos, y una forma de convertir eficientemente la energía almacenada en los enlaces químicos en luz que puede ser fácilmente detectada. Por ejemplo, la bioluminiscencia de algunas cepas bacterianas bioluminiscentes se utiliza para vigilar la toxicidad y la contaminación del agua. Las proteínas fluorescentes se insertan genéticamente en células y animales para analizar aspectos importantes de la dinámica de algunas enfermedades.

Por tanto, un control racional sobre los mecanismos de la bioluminiscencia de las luciérnagas, que sigue siendo el sistema de bioluminiscencia más estudiado, permitiría diseñar y ampliar el alcance de estas aplicaciones. Para ello es fundamental tener una comprensión profunda de los aspectos fundamentales de bioquímica de la luciferasa y de la biología estructural. Aunque durante los últimos años se han hecho progresos sustanciales, los científicos todavía luchan para desarrollar un panorama completo de esta reacción y en particular en vista de los diferentes colores emitidos por las diferentes luciferasas. Esta nueva investigación pretende resolver algunos de los misterios que rodean la química de la bioluminiscencia, ofreciendo un panorama crítico que sirva para orientar a la comunidad científica en torno a la bioluminiscencia.

Puede consultar el estudio completo en el siguiente enlace: 

https://www.nature.com/articles/s41570-020-00238-1