Luis Edgardo Figueroa Montes
Médico patólogo clínico.
Director de Medicina del Laboratorio
www.medicinadellaboratorio.com
Voy a contarles una historia, donde uno de los protagonistas de la luminiscencia obtiene el premio Nobel de bioquímica en 2008. Los estadounidenses Martin Chalfie, Roger Tsien y el japonés Osamu Shimomura obtuvieron en conjunto el Premio Nobel de Química de 2008 «por el descubrimiento y desarrollo de la proteína verde fluorescente». Esta proteína (Green Fluorescent Protein – GFP por sus siglas en inglés), fue observada por primera vez en la medusa Aequorea victoria en 1962. Hoy es una de las herramientas más utilizadas en biomedicina (1).
Esta medusa vive frente la costa oeste de América del Norte. En sus órganos emisores de luz reside la GPF, que brilla intensamente bajo luz ultravioleta. La GFP revolucionó las ciencias biológicas. Su luz verde permite a los científicos rastrear, entre otras cosas, tumores cancerosos, nuevos vasos sanguíneos, cómo la enfermedad de Alzheimer mata las neuronas cerebrales, cómo las células infectadas por el virus de inmunodeficiencia humana se replica, entender cómo están organizadas las neuronas dentro del cerebro y cómo interactúan las proteínas dentro de la célula. (2)
En este artículo destacaremos la contribución del japonés Osamu Shimomura. Una científica que lo conoció de cerca cuenta que él presenció la explosión de la bomba atómica de Nagasaki, en agosto de 1945, a escasos 15 kilómetros del epicentro, cuando era adolescente y trabajaba en un taller de reparación de aviones. Estos recuerdos son parte fundamental de la historia de este muchacho nacido en Kioto, que creció en una de las eras más difíciles de la historia japonesa y más tarde identificó en una medusa una sustancia fluorescente que, años después, habría de iluminar por siempre el campo de la biología (3).
Shimomura se desplaza por su laboratorio de Biología Marina, en Woods Hole – Massachusetts, como si llevara consigo su propio campo de fuerza. Su rostro enjuto, de expresión benévola, tiene al mismo tiempo algo de monástico, académico y férreo (como un Jedi). Me guía por el pequeño y apretado recinto, equipado con lo último en materia de microscopía electrónica, y se detiene ante una repisa con un frasco de cristal que dice «Cypridina 1944» (3).
Toma un puñado de crustáceos diminutos disecados (similares a la semilla de ajonjolí), los pone en un mortero, les añade gotas de agua y los muele. Al poco rato, brota una suave luminiscencia azul celeste que se intensifica cuando se aplica presión «He realizado esta demostración muchas veces y siempre me asombra ver que el resplandor sigue apareciendo después de tantos años de estar disecados estos pequeños organismos» (3).
La primera vez que Shimomura vio esa bioluminiscencia tenía 27 años, estaba recién graduado de farmacéutico y acababa de aceptar un puesto como asistente del profesor Yoshimasa Hirata, en la Universidad de Nagoya (3). Hirata se dedicaba a aislar y purificar compuestos naturales. «No sabemos nada de esto», le dijo el profesor a su nuevo asistente mostrándole la luz del organismo Cypridina hilgendorfii «»Sólo que resplandece» ¿Le interesa averiguar por qué?». La bioluminiscencia fascina a los científicos hace siglos. En 1887, Raphael Dubois, de la Universidad de Lyon en Francia, había descubierto que esta luz de origen animal (bioluminiscencia) aparece gracias a dos sustancias: una que actúa como combustible y otra que es el encendedor (3). Dubois aisló estos 2 componentes y los nombró luciferina (el combustible) y luciferasa (el catalizador, sustancia que precipita la reacción química), haciendo alusión al nombre Lucifer, que significa «portador de luz» (3).
La bioluminiscencia es una característica rara en animales terrestres, pero muy común en seres marinos. En las profundidades del océano viven bacterias, protozoos, hongos, medusas, calamares, lombrices, crustáceos, moluscos y tiburones que poseen esta capacidad de producir luz en una reacción química tan eficaz que apenas si libera calor; una luz fría que puede servir de señal de alarma, disfraz de escapista, objeto de seducción y farol para hallar alimento (3).
Shimomura, de forma accidental tratando de elaborar cristales de luciferina de la Cypridina, puso en contacto la luciferina con un medio ácido. Al día siguiente vio con asombro que se habían formado pequeños cristales rojos en la superficie de la solución. Eran cristales de luciferina pura, producto del contacto con el ácido. La luminosidad de los cristales resultó ser 37,000 veces mayor que el polvo seco del crustáceo (3). Este fortuito descubrimiento le dio a Shimomura las herramientas para establecer la naturaleza exacta de la luciferina de la Cypridina. Las noticias de su hazaña llegaron hasta la Universidad de Princeton, donde Frank Johnson había intentado en vano hacer lo mismo. Frustrado con sus propios intentos, Johnson invitó al joven japonés a trasladarse a EEUU para trabajar en la que sería su gran contribución a la ciencia (3).
Ya con Shimomura en EEUU, Johnson apagó las luces, le dio un frasco con un polvo blancuzco y lo mezcló con agua. Pero, a diferencia de la experiencia con la Cypridina, no hubo reacción lumínica alguna «Este es polvo de la medusa bioluminiscente Aequorea victoria». Su efecto sólo dura unas horas mientras está fresca y no se puede reactivar ¿Le interesaría estudiar esta medusa?», le preguntó Johnson al nuevo colaborador. La misma tarde de su llegada comenzaron a recolectar medusas en el muelle de los laboratorios de la Universidad de Washington usando redes para limpiar piscinas. Durante el verano de 1961 recolectaron y exprimieron más de 9 000 medusas (3).
Una tarde, cuando limpiaba los recipientes de cristal tras una sesión de experimentos, Shimomura vertió en el lavamanos un poco del jugo de medusa al cual le había neutralizado el pH de tal manera que no fuera ni ácido ni básico. Cuando el líquido hizo contacto con el lavamanos, soltó un brillante destello de luz azul. Al cabo de un tiempo, comprendió que el ingrediente activador era el calcio del agua marina. Si el calcio era capaz de encender la reacción, entonces extraerlo seguramente la inhibiría (3).
En un artículo publicado en 1962 por Shimomura y colaboradores, observan que de las células luminosas intactas del animal emana una luz verde. El fenómeno de absorber luz de un color y reemitirla de otro se llama fluorescencia y la molécula que Shimomura y sus colaboradores que mencionan hoy se llama proteína verde fluorescente (4).
De esta forma, desde el Nobel, la vida de Shimomura se ha convertido en un desfile de conferencias, entrevistas y explicaciones a la prensa. En una de esas conferencias le preguntaron por qué terminó sacando medusas del agua aquel verano en Washington. Shimomura respondió: «Para resolver un misterio» (3).
En la actualidad la luminiscencia tiene muchas aplicaciones. Definida como la emisión de luz que no es causada por una temperatura elevada (luz fría). Hay muchos procesos emisores de luz a nuestro alrededor. Se producen de forma natural o artificial. Ejemplos de luminiscencia natural son las luciérnagas y el fitoplancton: bioluminiscencia, o luminiscencia artificial por diodos emisores de luz y monitores de ordenador: electroluminiscencia (5).
Existen diferentes tipos de luminiscencia según el método de generación de sustancia de alta energía, como la quimioluminiscencia, fotoluminiscencia, electro quimioluminiscencia y radioluminiscencia. Además, existen tipos de luminiscencia según la duración de la emisión de la señal, como luminiscencia flash y glow (6).
En la actualidad, según mi comprensión, más del 70% de los laboratorios clínicos del mundo en los diferentes continentes, utilizan instrumentos automatizados que utilizan la luminiscencia en sus diversas formas, para el proceso analítico de diferentes biomarcadores que se utilizan en diagnóstico y monitoreo de enfermedades crónicas e infecciosas. Muchas contribuciones de nuestro día a día, tuvieron personas que dieron años de sus vidas, descubriendo los «Misterios de la ciencia», como el científico japonés Osamu Shimomura.
Enlaces de interés
1. https://www.agenciasinc.es/Noticias/Premio-Nobel-de-Quimica-2008-para-los-descubridores-de-la-proteina-fluorescente-GFP
2. https://www.nobelprize.org/prizes/chemistry/2008/illustrated-information/
3. https://www.comoves.unam.mx/numeros/articulo/187/osamu-shimomura-y-la-medusa-de-cristal
4. https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/jcp.1030590302?sid=nlm%3Apubmed
5. https://www.berthold.com/es/bioanalitica/conocimiento/tecnologia/luminiscencia/
