Mario Isidoro Ortiz Ramírez y Guadalupe C Romero Juárez
Área académica de medicina

La bioluminiscencia es la emisión de luz por un organismo como resultado de una reacción bioquímica de una molécula (luciferina) y una enzima (luciferasa); sin embargo, muchos de esos sistemas utilizan otras enzimas y cofactores adicionales para la producción de luz.

Esa característica varía mucho entre linajes, pues se han descrito alrededor de 700 a 800 géneros procariotas (bacterias), protozoos (dinoflagelados) y eucariotas incluidos moluscos, medusas, poliquetos (gusanos marinos), crustáceos, peces cartilaginosos (rayas) y peces con aletas radiadas, que en su totalidad representan aproximadamente del 76 al 80 por ciento de los filos con esa característica.

Aunque la mayoría de esos organismos se encuentran en ambientes marinos costeros y pelágicos, la prevalencia en el ambiente terrestre incluye distintas especies de hongos, nematodos y artrópodos (como luciérnagas o escarabajos) con esta característica biológica.

¿Cómo se produce la luz?

De aproximadamente 40 sistemas bioluminiscentes diferentes que se cree que existen en la naturaleza, solo se conoce la estructura de nueve familias de genes de luciferinas y únicamente siete genes de luciferasa han sido descritos, de los cuales uno solo de estos genes ha sido codificado mediante una vía bacteriana. Las reacciones de bioluminiscencia son producidas a través de la oxigenación de una molécula llamada luciferina catalizada por la enzima luciferasa originando oxiluciferina excitada que, al caer a su estado fundamental emite luz sin la necesidad de requerir absorción inicial de luz solar o alguna otra radiación electromagnética. También, esa reacción puede ser dependiente de varios cofactores, proteínas de unión, operones, metabolitos (ATP, NADH) y precursores moleculares.

Los colores de la bioluminiscencia

En algunos casos, el color que emite la bioluminiscencia se ve alterado por una proteína fluorescente que interactúa con la luciferasa o por la simbiosis con bacterias bioluminiscentes, estas últimas, vistas principalmente en una especie de raya espinosa (acantomorfos) y peces linterna (myctophiformes); aunque la mayoría de esas luciferinas son obtenidas mediante su dieta.

Todos los sistemas de la naturaleza dependientes de coelenterazina (tipo de luciferina encontrada en organismos marinos) emiten luz azul, con máximos de emisión dentro de un rango de 450 a 500 nm; sin embargo, se han descubierto luciferinas diferentes como la enzima aislada (odontosyllisla luciferina) de odontosyllis undecimdonnta (gusano marino de fuego), la cual requiere de solo oxígeno y una temperatura de 25 grados para emitir luz azul verdosa brillante y como producto de la oxidación inespecífica de esta enzima da como resultado una bioluminiscencia color rosa.

En ambientes terrestres, el sistema bioluminiscente fúngico sintetiza la luciferina a partir de la histidina como el caso de pichia pastoris (levadura) que emite luz verde intensa; de la misma manera, neonothopanus nambi (hongo venenoso) presenta una bioluminiscencia verde intensa activa a temperaturas menores de 30 grados sin la necesidad de depender de trifosfato de adenosina.

En cuanto a coleópteros; las luciferinas más usadas en modelos biotecnológicos in vitro e in vivo son las descubiertas de la luciérnaga y del escarabajo clic (pyrophorus plagiophthalamus), en especial esta última especie, utiliza al menos cuatro tipos de luciferinas con emisiones de luz verde, rojo y anaranjado.

Dentro del sistema protozoo de pyrocystis lunula (dinoflagelado), la producción de luz se produce en organelos llamados escintilón, que además de poseer luciferina y luciferasa, contienen proteínas de unión a luciferina, que en respuesta a una estimulación mecánica, es decir, al entrar en contacto con el zooplancton o al romper las olas produce luz azul brillante.

De la misma forma, la mayoría de bacterias bioluminiscentes, en su mayoría bacilos gramnegativos, utilizan un operón lux y enzimas para catalizar la biosíntesis de luciferina, lo que da como resultado una bioluminiscencia azul.

La bioluminiscencia y su papel ecológico

La bioluminiscencia juega un papel importante dentro de los sistemas biológicos intra e interespecíficos, pues muchos de estos organismos utilizan esta capacidad como mecanismo de defensa, depredación, escape y camuflaje contra depredadores, comunicación visual, simbiosis y atracción de insectos distribuidores de esporas como en el caso de los hongos. Además, es importante en el comportamiento de cortejo, proveyendo una ventaja selectiva sobre sus contrapartes no luminiscentes.

Dentro de las investigaciones científicas, ha sido utilizada como una herramienta correlativa para detectar actividades biológicas y monitoreo ambiental en un rango de profundidades y diversidad taxonómica; también, ha sido utilizada en aplicaciones biomédicas en la detección de drogas, respuesta de ciertos fármacos, monitoreo de progresiones tumorales, entre otras.

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