Descubierto en las algas verdes un nuevo e inusual sensor de luz
El sensor 2c-Cyclop desencadena una reacción similar a la del ojo humano
Al igual que las plantas terrestres, las algas utilizan la luz solar como fuente de energía. Muchas algas verdes se mueven activamente en el agua. Pueden acercarse a la luz o alejarse de ella. Para ello utilizan sensores especiales (fotorreceptores) con los que perciben la luz.
La búsqueda de estos sensores de luz durante décadas llevó a un primer éxito en 2002: Georg Nagel, en ese momento en el Max-Planck-Institute of Biophysics en Frankfurt/M, y sus colaboradores descubrieron y caracterizaron en algas dos llamados canalrodopsinas. Estos canales iónicos absorben la luz, luego se abren y transportan iones. Fueron nombrados por los pigmentos visuales de humanos y animales, las rodopsinas.
Ahora se conoce un tercer "ojo" en las algas: los investigadores descubrieron un nuevo sensor de luz con propiedades inesperadas. Los grupos de investigación del profesor Armin Hallmann (Universidad de Bielefeld) y el profesor Georg Nagel (Julius-Maximilians-Universität Würzburg, JMU) informan sobre este hallazgo en la revista BMC Biology.
La luz reduce la producción de cGMP
La sorpresa: el nuevo fotorreceptor no se activa con la luz sino que se inhibe. Es una guanilil ciclasa, que es una enzima que sintetiza el importante mensajero cGMP. Cuando se expone a la luz, la producción de cGMP se reduce considerablemente, lo que lleva a una concentración reducida de cGMP, y eso es exactamente lo que ocurre en el ojo humano tan pronto como las rodopsinas absorben la luz.
El sensor recién descubierto está regulado por la luz y por la molécula ATP. Tales "sistemas de dos componentes" ya son bien conocidos en bacterias, pero no en células de evolución más alta. Los investigadores han llamado al nuevo fotorreceptor "Dos componentes Cyclase Opsin", 2c-cyclop para abreviar. Lo encontraron en dos algas verdes, en la unicelular Chlamydomonas reinhardtii, así como en la multicelular Volvox carteri.
Función mostrada en ovocitos y algas
"Durante muchos años ha habido datos genéticos a partir de los cuales podríamos concluir que en las algas verdes debe haber muchas más rodopsinas que las dos caracterizadas anteriormente", explica Georg Nagel. Solo en la Chlamydomonas reinhardtii se asignan doce secuencias de proteínas a las opsinas, que son los precursores de las rodopsinas.
"Hasta ahora, nadie pudo demostrar la función de estos sensores de luz", dice el co-investigador de Nagels, el Dr. Shiqiang Gao. Solo los grupos de investigación de Bielefeld y Würzburg han logrado hacerlo: Han instalado la nueva rodopsina en ovocitos del sapo Xenopus laevis y en el alga esférica Volvox carteri. En ambos casos, su función podría ser mostrada y caracterizada.
Perspectivas para la optogenética
Los autores creen que el sensor de luz 2c-Cyclop ofrece nuevas oportunidades para la optogenética. Con esta metodología, la actividad de los tejidos y organismos vivos puede verse influenciada por señales de luz. Por medio de la optogenética, ya se han aclarado muchos procesos biológicos básicos en las células.
Por ejemplo, proporcionó nuevos conocimientos sobre los mecanismos de la enfermedad de Parkinson y otras enfermedades neurológicas. También aportó nuevos conocimientos sobre enfermedades como el autismo, la esquizofrenia y los trastornos de depresión o ansiedad.
Artículo científico: Two-component cyclase opsins of green algae are ATP-dependent and light-inhibited guanylyl cyclases
