Cómo Una Proteína De Medusa Transformó La Ciencia

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Una proteína aislada de las medusas en la década de 1960 ha transformado la investigación biológica.

En estos días, los científicos pueden rastrear cómo se propagan las células cancerosas, cómo progresan las infecciones por VIH e incluso qué macho termina fertilizando el óvulo hembra de la mosca de la fruta. Estos y muchos otros estudios que ofrecen información sobre la salud humana se benefician de una proteína verde y brillante que se encuentra por primera vez en una criatura marina.

Desde sus humildes comienzos en los cuerpos de una especie particular de medusa, proteína verde fluorescente o GFP, para abreviar, se ha transformado la investigación biomédica. Usando un gen que lleva instrucciones para hacer GFP, los científicos pueden colocar etiquetas inofensivas de brillo en la oscuridad en proteínas seleccionadas, ya sea en células en platos de laboratorio o dentro de criaturas vivas, para rastrear su actividad. Es como encender una linterna en el funcionamiento interno de las células. Gusanos planos, renacuajos y pez cebra se encuentran entre las criaturas cuyas partes han sido programadas para brillar en nombre de la ciencia.

Las proteínas individuales en las células humanas son demasiado pequeñas como para verlas incluso con un microscopio, pero las formas en que se forman, se pliegan e interactúan son esenciales para la vida, por lo que vislumbrarlas en acción es invaluable. Por ejemplo, unir GFP a células productoras de insulina. en el páncreas ha ayudado a los investigadores a estudiar cómo se producen, lo que podría informar nuevos tratamientos para la diabetes. Etiquetar el esperma de la mosca de la fruta con GFP también está arrojando luz sobre cómo ciertas células sexuales maximizan sus posibilidades de ser fertilizadas.

La GFP también se puede utilizar para estudiar aspectos del entorno intracelular, como el pH de una célula o la concentración de calcio.

Orígenes antiguos

GFP puede sonar como un material de ciencia ficción futurista, pero en realidad ha existido por más de 160 millones de años. La proteína se expresa naturalmente en la medusa norteamericana. Aequorea victoria, y funciona absorbiendo energía de la luz azul en el ambiente y emitiendo un brillo verde en respuesta. Los científicos no saben por qué estas medusas desarrollaron su brillo, pero una hipótesis es que les ayuda a protegerse de los depredadores.

Las medusas no son las únicas criaturas bioluminiscentes (que producen su propio brillo) en el planeta. Las proteínas brillantes de diferentes colores se encuentran naturalmente en más de cien especies, incluyendo luciérnagas y corales. Muchas de estas proteínas fluorescentes se utilizan para obtener nuevas etiquetas de colores para la investigación.

Una proteína verde fluorescente hace que la esperma de la mosca de la fruta brille de color verde.

Una proteína verde fluorescente hace que la esperma de la mosca de la fruta brille de color verde.

Crédito: Catherine Fernández y Jerry Coyne.

Sin embargo, GFP sigue siendo especial porque se pliega espontáneamente en la forma correcta cuando se crea, listo para brillar sin necesidad de ayuda de químicos adicionales, enzimas u otras sustancias.

Una proteína preciada

La investigación de GFP tuvo su momento de brillar en el escenario en 2008 cuando Martin Chalfie, Osamu Shimomura y Roger Tsien recibieron el Premio Nobel de química por su descubrimiento y desarrollo de GFP.

Shimomura primero extrajo la proteína brillante de las medusas en la década de 1960 y luego aisló el gen que contiene las instrucciones para hacerlo. Esto permitió a los investigadores introducir el gen en prácticamente cualquier otro animal a través de la reproducción o mediante el uso de técnicas como virus para entregar el material genético. Mientras un animal tenga el gen, puede producir GFP, que puede usarse para iluminar partes específicas de un animal, como las células musculares o los circuitos de las células cerebrales.

Estos renacuajos tenían el gen de la proteína verde fluorescente introducida cuando eran embriones.

Estos renacuajos tenían el gen de la proteína verde fluorescente introducida cuando eran embriones.

Crédito: Jonathan Slack, Universidad de Minnesota.

El trabajo de Chalfie a principios de la década de 1990 convirtió a GFP en una poderosa herramienta para estudiar la expresión genética, y el trabajo de Tsien en años subsiguientes produjo una paleta de colores completa que brillaba más y más brillante, lo que permite a los investigadores estudiar muchas moléculas diferentes al mismo tiempo.

El descubrimiento de GFP abrió la puerta a nuevas posibilidades científicas emocionantes, como ver cómo se comportan conjuntos específicos de células durante el desarrollo embrionario, estudiar cómo mueren las células durante un proceso llamado apoptosis e incluso encontrar nuevas formas de activar y desactivar la fluorescencia.

Yendo más allá de GFP

GFP es bueno para estudiar las células, pero tiene sus limitaciones. En los mamíferos vivos, sus colores fluorescentes suelen estar enmascarados porque la hemoglobina de la sangre absorbe la luz visible que emite la GFP.

Un equipo de investigadores del Colegio de Medicina Albert Einstein diseñó una nueva sonda fluorescente utilizando una proteína bacteriana. Apodada iRFP, la sonda emite luz infrarroja cercana. Debido a que los tejidos de los mamíferos son casi transparentes a la luz infrarroja, esta sonda facilita mirar dentro de órganos y organismos completos.

Hasta ahora, iRFP solo ha sido probado en ratones. Pero como un método no tóxico y no invasivo que no implica radiación, el iRFP podría tener un gran potencial para obtener imágenes en humanos.

Aprende más:

  • Luz verde: perfil de Marc Zimmer
  • Herramientas geniales en ChemHealthWeb
  • "Proteína verde fluorescente" en 21S t Century Genetics

Este artículo de Inside Life Science se proporcionó a WordsSideKick.com en cooperación con el Instituto Nacional de Ciencias Médicas Generales, parte de los Institutos Nacionales de Salud..


Suplemento De Vídeo: Glow-in-the-dark sharks and other stunning sea creatures | David Gruber.




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