Investigadores del Instituto Nacional del Ojo de los EE.UU (NEI, por sus siglas en Inglés), han descubierto que los orgánulos productores de energía de las células fotorreceptoras del ojo, llamados mitocondrias, funcionan como microlentes que ayudan a canalizar la luz hacia los segmentos exteriores de estas células, donde la luz se convierten en señales nerviosas para la visión.

“Estamos realmente sorprendidos con este fascinante fenómeno de que las mitocondrias tengan un doble propósito: su bien establecida función metabólica de producción de energía, así como este efecto óptico”, detalla el investigador principal del estudio, Wei Li, Ph.D./B.M., que dirige la Sección de Neurofisiología de la Retina del NEI.

El descubrimiento, publicado recientemente en Science Advances, proporciona una imagen más precisa de las propiedades ópticas de la retina, arrojando luz sobre la evolución de la visión y  podría ayudar a detectar antes las enfermedades oculares. 

Estudiando los fotorreceptores cono de la ardilla

Estos hallazgos también abordan un antiguo misterio sobre la retina de los mamíferos. A pesar de la presión evolutiva para que la luz se traduzca en señales y pase instantáneamente de la retina al cerebro, el viaje no es directo. Una vez que la luz llega a la retina, debe atravesar múltiples capas neuronales antes de alcanzar el segmento externo de los fotorreceptores, donde se produce la fototransducción (la conversión de la energía física de la luz en señales celulares). Los fotorreceptores son estructuras largas y tubulares divididas en segmentos internos y externos. El último obstáculo que debe atravesar un fotón antes de pasar del segmento interno al externo es un haz de mitocondrias inusualmente denso.

Esos haces de mitocondrias parecerían actuar contra el proceso de la visión, ya sea dispersando la luz o absorbiéndola. Así que el equipo de Li se propuso investigar su propósito estudiando los fotorreceptores de cono de la ardilla de tierra.

A diferencia de otros modelos animales utilizados para la investigación de la visión, la retina de la ardilla de tierra está compuesta principalmente por conos, que ven el color, en contraposición a los bastones que permiten la visión nocturna. El equipo de Li estudia la ardilla terrestre para comprender mejor las causas de las enfermedades oculares humanas que afectan principalmente a los fotorreceptores de los conos.

Para ello, los investigadores utilizaron un microscopio confocal modificado para observar las propiedades ópticas de las mitocondrias de los conos vivos expuestas a la luz. Lejos de dispersar la luz, las mitocondrias estrechamente empaquetadas concentraban la luz a lo largo de una trayectoria delgada, como un lápiz, en el segmento exterior. La modelización computacional mediante reconstrucciones mitocondriales de alta resolución corroboró los resultados de las imágenes en vivo.

“La función de lente de las mitocondrias también puede explicar el fenómeno conocido como efecto Stiles Crawford”, dijo el también autor del trabajo, el doctor John Ball, científico de la Sección de Neurofisiología de la Retina.

Los científicos que miden las respuestas de la retina a la luz han observado durante mucho tiempo que cuando la luz entra en el ojo cerca del centro de la pupila, parece más brillante en comparación con la luz de igual intensidad que entra en el ojo cerca del borde de la pupila.

En este estudio, los investigadores descubrieron que el efecto de lente de las mitocondrias seguía un perfil de intensidad de luz direccional similar. Es decir, dependiendo de la ubicación de la fuente de luz, las mitocondrias enfocaban la luz hacia el segmento exterior de la célula siguiendo trayectorias que reflejaban las observadas en el efecto Stiles-Crawford.

La vinculación de la función de lente de las mitocondrias con el efecto Stiles-Crawford tiene posibles implicaciones clínicas. Este efecto, observado desde hace tiempo, puede servir de base para detectar de forma no invasiva las enfermedades de la retina, muchas de las cuales se cree que implican una disfunción mitocondrial en su origen. Por ejemplo, se ha informado de que los pacientes con retinosis pigmentaria presentan un efecto Stiles-Crawford anormal incluso cuando tienen una buena agudeza visual. Se necesitan más investigaciones para explorar los cambios estructurales y funcionales en las mitocondrias de los conos y sus manifestaciones en las características ópticas detectables.

Por último, los descubrimientos aportan nuevas ideas sobre cómo pueden haber evolucionado nuestros ojos.

Al igual que las mitocondrias del estudio de Li, en los fotorreceptores de las aves y los reptiles hay diminutas “gotas de aceite” en la parte del segmento interno más cercana al externo, y se cree que cumplen una función óptica. Además, la «microlente» mitocondrial de los fotorreceptores de cono de los mamíferos confiere una funcionalidad que recuerda a la del ojo compuesto de artrópodos como las moscas y los abejorros.

“Este hallazgo une conceptualmente los ojos compuestos de los artrópodos con los ojos de cámara de los vertebrados, dos sistemas de formación de imágenes que han evolucionado de forma independiente, lo que demuestra el poder de la evolución convergente”, concluye Li.

Créditos de imágenes: NATIONAL EYE INSTITUTE