Detallando la visión del color
WikimediaPetar MiloševicLos pigmentos visuales en los ojos de los animales absorben una variedad de diferentes longitudes de onda de luz, pero cada uno contiene exactamente el mismo cromóforo: la parte de la molécula que absorbe la luz. Ahora, gracias a un elaborado proyecto de ingeniería de proteínas, científicos en Michigan han revelado cómo este mismo cromóforo, llamado retinal, es capaz de detectar diferentes colores en diferentes células de la retina. Como resultado del estudio, publicado hoy (6 de diciembre) en Science, los investigadores también generaron un conjunto de pigmentos de diseño, que tienen un espectro potencial de aplicaciones.
“Comenzamos este proyecto desde un punto de vista muy esotérico: ¿qué está pasando en la visión del color?” dijo Babak Borhan, profesor de química sintética y bioorgánica en la Universidad Estatal de Michigan, quien dirigió el estudio. «Pero ahora nos hemos movido por completo a un ámbito diferente, el de las aplicaciones potenciales». Por ejemplo, la paleta de pigmentos de Borhan podría utilizarse para marcar proteínas de interés, colores específicos…
La capacidad de un cromóforo para cambiar las longitudes de onda que absorbe, un fenómeno conocido como ajuste espectral, ha fascinado a los biólogos durante décadas. , dijo Tom Sakmar, profesor de biología molecular y bioquímica en la Universidad Rockefeller de Nueva York. Todos los animales usan la retina para la visión del color, explicó, pero las propiedades de absorción de la retina pueden variar desde longitudes de onda azules hasta rojas, según las proteínas fotorreceptoras u opsinas con las que estén asociadas. Algunos animales incluso tienen visión ultravioleta, dijo Sakmar, que no participó en la investigación.
Borhan quería comprender cómo influyen estas opsinas, cada una de las cuales se expresa en un tipo diferente de célula fotorreceptora en la retina. la química física del cromóforo para cambiar sus propiedades de absorción de luz. El retinal tiene una fuerte carga positiva en un extremo, por lo que una de las teorías clave es que las proteínas pigmentarias que pueden distribuir la carga a lo largo de la molécula reducirían la energía eléctrica del cromóforo, lo que provocaría que absorbiera longitudes de onda más largas o más rojas, explicó. .
Pero confirmar esta sospecha ha sido problemático, ya que los pigmentos visuales son notoriamente difíciles de trabajar, dijo Borhan. Para superar este desafío, el equipo reclutó la ayuda de una proteína intestinal llamada proteína de unión al retinol celular humano II (hCRBPII), que transporta el retinol, un pariente cercano de la retina. Es importante destacar que se sabe que esta familia de proteínas es muy tolerante a las mutaciones, dijo Borhan. Son muy robustos.
El primer paso fue mutar hCRPBII para permitir la unión a la retina. Después de eso, el equipo comenzó a sustituir los aminoácidos en el sitio de unión de la proteína a la retina y, poco a poco, comenzó a alterar la distribución de la carga electrostática de la retina. Desde mi perspectiva, estos autores diseñaron el sistema experimental perfecto para estudiar este problema tan interesante, dijo Sakmar.
Con este enfoque de diseño de proteínas sistemático e iterativo, el equipo no solo demostró que la teoría de distribución de carga es correcta, sino que también generaron un conjunto de pigmentos con diferentes propiedades de absorción de longitud de onda. Uno de estos pigmentos distribuyó la carga positiva con tanta eficacia que superó el límite superior esperado de absorción de la longitud de onda de los retinales. Es realmente un pigmento súper rojo que ni siquiera se predijo que fuera posible, dijo Sakmar.
Al final del día, los autores crearon un montón de proteínas diferentes, cada una de las cuales tiene un color diferente, dijo Sakmar. Samie Jaffrey, bioquímica del Weill Cornell Medical College de Nueva York. Cómo llegaron allí es muy interesante, pero también lo son los productos en sí mismos.
Jaffrey sugirió que las proteínas podrían ser útiles de inmediato para colorear tipos de células específicas para el análisis histológico, o incluso como colorantes alimentarios. Y en el futuro, agregó, los principios de diseño que usaron los autores también podrían usarse para mejorar otras proteínas absorbentes de luz, como el canal rodopsina, el fotorreceptor usado en aplicaciones optogenéticas, lo que podría extender el espectro de luz que podría usarse para activar estas proteínas.
W. Wang et al. Ajuste de la absorción electrónica de transretinal integrado en proteínas, Science, 338: 1340-43, 2012.
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