En 2008, el Premio Nobel de Química fue concedido a tres científicos (Osamu Shimomura, Martin Chalfie y Roger Y. Tsien) por el descubrimiento de lo que se conoce como proteína verde fluorescente (más conocida por sus siglas en inglés, GFP) y el desarrollo de aplicaciones de esta molécula biológica en la investigación biomédica. Hoy sabemos que existen muchas más proteínas fluorescentes, y estas se utilizan comúnmente en los laboratorios de biología molecular de medio mundo.
Sin embargo, ¿de dónde salen las proteína fluorescentes? ¿Existen de manera natural como tal? ¿Para qué les sirve a los científicos contar con fluorescencia en este tipo de moléculas? Hoy trataremos de responder a algunas de estas preguntas, y ver las aplicaciones en un ámbito de investigación muy específico: el estudio del cerebro en lo que se conoció como Brainbow.
La primera proteína fluorescente fue aislada de una medusa
Aequorea victoria es uno de los organismos marinos más apreciados por la comunidad científica. Esta medusa es típica de las costas occidentales de Norteamérica, y le valió a Osamu Shimomura el Nobel de 2008.
Shimomura estudió en la Universidad de Nagoya, en Japón, y tras acabar su carrera, el jefe del grupo de investigación donde se encontraba, le pidió que aislara el compuesto fluorescente que presentaba un molusco. Este proyecto era bastante complejo, ya que anteriormente había fracasado uno de los grupos más importantes de aquella época en esta materia, de Estados Unidos.
Contra todo pronóstico, Shimomura fue capaz de aislar la proteína que provocaba la luminiscencia de este molusco. Tras dar a conocer los resultados, el japonés fue fichado por la Universidad de Princeton, donde le encargaron que realizara lo mismo, pero con la medusa más famosa en biología molecular.
Al final Shimomura consiguió aislar una de las proteínas fluorescentes, la aecuorina, que casualmente llevaba asociada la conocida como GFP. A diferencia del resto de moléculas relacionadas con la bioluminiscencia hasta ese momento, la GFP no necesitaba de ninguna otra proteína o cofactor para que la fluorescencia tuviera lugar. Tendrían que pasar algunos años más para entender cómo las proteínas fluorescentes iban a cambiar para siempre la investigación.
A finales de los años ochenta, se comenzaba a barajar la posibilidad de que la recién caracterizada como GFP pudiera servir como marcador biológico. Martin Chalfie demostró esto último, al "cortar" el gen de la GFP y "pegarlo" en una bacteria, de modo que esta conseguía ser fluorescente. Aquí se consiguió un descubrimiento importante: la GFP brillaba sola, no necesitaba de nadie más para ser luminiscente.
Las mejoras que propuso el último de los galardonados con el Nobel, Roger Y. Tsien, fue la caracterización completa de la GFP y el desarrollo de muchas más proteínas fluorescentes (de diversas tonalidades como roja, azul, amarilla) mediante la realización de pequeños cambios en la secuencia de ADN que codifica para la inicial GFP.
Brainbow: Ver nuestras neuronas una a una
El proyecto Brainbow es solo una de las múltiples aplicaciones que las proteínas fluorescentes tienen en investigación. Mediante esta iniciativa, desarrollada en 2007, se consigue diferenciar neuronas de manera individual. Así podemos expresar en las distintas células nerviosas el abanico tan amplio de proteínas fluorescentes con el que contamos en la actualidad.
La técnica fue desarrollada por investigadores de la Harvard Medical School, utilizando para ello ratones, en los que expresaban la diferente gama de proteínas fluorescentes existentes. Su objetivo no era únicamente obtener imágenes espectaculares de los cerebros de estos animales, sino más bien generar una nueva técnica de neuroimagen que pudiera ser aplicada en medicina en el futuro.
Gracias al proyecto Brainbow y al uso de proteínas fluorescentes, ahora somos capaces de construir verdaderos mapas de los circuitos neuronales y las conexiones existentes entre las neuronas. Algo parecido a lo que ya realizó Ramón y Cajal a principios del siglo XX con el método de tinción de Golgi. Sin embargo, nadie imaginaba, cuando observaba a aquella famosa medusa brillan sin razón aparente, que las proteínas fluorescentes llegarían tan lejos.
