Las criaturas brillantes como las luciérnagas y las medusas son cautivadoras para la vista, pero también son una bendición para la ciencia, ya que sus moléculas bioluminiscentes contribuyen a visualizar una serie de procesos biológicos. Ahora, los científicos en Japón han sobrealimentado estas moléculas, haciéndolas cientos de veces más brillantes entejidos profundos y permitiendo la obtención de imágenes de células desde el exterior del cuerpo. La fuente de luz de bioingeniería se utilizó para rastrear las células cancerosas en ratones y la actividad de las células cerebrales en los monos, pero sus aplicaciones se extienden más allá del laboratorio.
La bioluminiscencia es el resultado de una asociación: una enzima, en este caso la luciferasa derivada de las luciérnagas cataliza el sustrato D-luciferina, creando un resplandor verde-amarillo en el proceso. Ha habido una considerable investigación para hacer que este proceso sea máseficiente. Por ejemplo, cambiando la luciferina por análogos sintéticos y mejorando la velocidad de catálisis. Atsushi Miyawaki y sus colegas buscaron ir más allá, refinando ambos ingredientes para crear AkaBLI, un sistema de bioluminiscencia completamente bioingeniería para uso in vivo. La colaboración con la Universidad deElectro-Communications, el Instituto de Tecnología de Tokio y la Universidad de Kyoto fueron dirigidos por Miyawaki del Instituto de Ciencias del Cerebro RIKEN y se publicaron el 23 de febrero en ciencia .
Basado en trabajos previos, los investigadores sabían que una luciferina sintética llamada AkaLumine-HCl es capaz de penetrar la barrera hematoencefálica y producir una luz rojiza que se ve más fácilmente en los tejidos del cuerpo. No era muy compatible con la luciferasa natural, sin embargo, por lo que mutaron sucesivamente la enzima para mejorar el emparejamiento con AkaLumine-HCl. La proteína Akaluc resultante es un catalizador más eficiente para el sustrato y se expresa más abundantemente por las células. En el cerebro del ratón, esta combinación de Akaluc cataliza AkaLumine-HCl, denominado AkaBLI, dio como resultado una señal de bioluminiscencia 1000 veces más fuerte que la de la reacción natural de luciferasa-luciferina. En otra parte del cuerpo, solo una o dos células brillantes eran claramente visibles desde el pulmón del ratón, algo que podría ser útil para controlar el trasplantecélulas.
La bioluminiscencia se puede introducir de manera fácil y voluntaria al incluir AkaBLI en el agua potable de los animales, lo que proporciona el brillo más persistente, aunque inyectar las moléculas produce una mayor intensidad ". Sin embargo, la mejora fundamental es la aplicabilidad práctica para estudios fisiológicos in vivo,"dice Miyawaki. Con AkaBLI, la forma en que la actividad y las estructuras cerebrales cambian con el comportamiento se puede observar directamente con el tiempo. En un experimento en el que los ratones estuvieron expuestos a entornos familiares y nuevos en jaulas, las mismas neuronas en el hipocampo podrían registrarse durante varios días."Esta es la primera vez que un conjunto tan pequeño de unas pocas docenas de neuronas profundas relacionadas con un comportamiento de aprendizaje específico se puede visualizar de forma no invasiva", dice Miyawaki. Y en un mono tití, los investigadores pudieron rastrear las neuronas del cerebro profundo paramás de un año utilizando AkaBLI. El potencial de este tipo de bioluminiscencia estable y duradera para comprender los circuitos neurales durante los comportamientos naturales, obs.Erves Miyawaki, es intenso.
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Materiales proporcionados por RIKEN . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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