La coelenterazina es clave para que los animales produzcan luz
En el oscuro ambiente de las profundidades del mar, la luz es algo precioso. De hecho, hacer luz es esencial para la supervivencia de muchos animales de aguas profundas.
Al menos nueve grupos principales de animales de aguas profundas, incluidas medusas, corales, estrellas quebradizas, calamares y peces, utilizan el mismo producto químico emisor de luz, coelenterazina, para alimentar sus iluminaciones. Sorprendentemente, muchos de estos animales en realidad no pueden producir coelenterazina, sino que deben obtenerla al comer otros animales brillantes.
Un nuevo trabajo de investigación muestra que al menos dos especies de medusas peine (ctenóforos) son capaces de producir coelenterazina dentro de sus cuerpos y, por lo tanto, podrían proporcionar una fuente de esta sustancia química para muchos otros habitantes de las profundidades.
Este descubrimiento no solo ayudará a los investigadores a comprender los detallados procesos bioquímicos que utilizan los animales para crear luz, sino que también podría proporcionar una nueva herramienta para la investigación biomédica.
Debido a que cada molécula de coelenterazina solo puede reaccionar una vez para producir luz, la sustancia química se consume rápidamente cada vez que brilla un animal. Esto significa que el animal debe reponer continuamente su suministro de coelenterazina si quiere seguir iluminándose.
Incluso las medusas de cristal, los animales en los que se identificó por primera vez la coelenterazina, no producen su propia coelenterazina, sino que la obtienen al comer copépodos y otros crustáceos.
Anteriormente, los únicos animales marinos confirmados para producir su propia coelenterazina eran el copépodo de mar abierto Metridia pacifica y el camarón de aguas profundas Systellaspis debilis. Debido a que estos animales no están fácilmente disponibles para su estudio y nadie ha descubierto cómo cultivarlos en el laboratorio, los científicos aún no saben exactamente cómo producen el compuesto estos animales.
Ahora, en un reciente artículo, la ex becaria postdoctoral del Acuario de la Bahía de Monterey (MBARI) Manabu Bessho-Uehara, el biólogo marino de MBARI Steve Haddock, y otros investigadores demostraron que al menos dos especies de medusas peine (Bolinopsis infundibulum y Mnemiopsis leidyi) también pueden producir su propia coelenterazina.
Imagen derecha: Manabu Bessho-Uehara fotografía un animal bajo el microscopio en el cuarto oscuro en el buque de investigación Western Flyer del MBARI. Crédito: Kyra Schlining
Para demostrar que estas medusas peine no tienen que obtener este químico de su comida, los investigadores trabajaron con el acuarista Wyatt Patry en el MBARI y el biólogo William Browne en la Universidad de Miami, quienes lograron que estos animales crecieran y se reprodujeran en cautiverio.
Los investigadores criaron varias generaciones de medusas peine, alimentándolas solo con organismos que no contenían coelenterazina. Incluso sin coelenterazina en su suministro de alimentos, las medusas peine mantuvieron su capacidad de brillar y los investigadores pudieron detectar coelenterazina dentro de sus cuerpos. Haddock señaló que "los experimentos de Manabu dieron algunos de los resultados más claros y convincentes de cualquier investigación en la que he estado involucrado".
Imagen: Coelenterazina en ctenóforos cultivados y presas
Al observar un "árbol genealógico" que destaca diferentes tipos de animales brillantes, los investigadores pudieron decir que las medusas, los copépodos y los camarones, todos ellos desarrollaron la capacidad de producir coelenterazina independientemente unos de otros. Esto muestra, una vez más, la importancia de la bioluminiscencia para muchos animales marinos.
Desde una perspectiva ecológica, estos hallazgos son significativos porque muestran que las medusas peine brillantes podrían proporcionar coelenterazina a los muchos otros animales de aguas profundas que las comen. Esta investigación también podría tener aplicaciones fuera del ámbito de la biología marina. Debido a que estas medusas peine se pueden cultivar con éxito en cautiverio, y los científicos ya han secuenciado el genoma de Mnemiopsis leidyi, los investigadores sugieren que esta especie podría usarse como un "animal modelo" para estudiar la bioluminiscencia y la producción de coelenterazina.
Imagen: Los investigadores criaron en cautiverio varias generaciones de medusas peine, incluida Mnemiopsis leidyi, alimentándolas solo con organismos que no contenían coelenterazina. Crédito: William Browne
"Realmente queremos descubrir los genes involucrados en la fabricación de esta molécula", dijo Haddock. "Nos diría mucho sobre la evolución de la bioluminiscencia y podría marcar el comienzo de una nueva generación de herramientas biotecnológicas. Convertir estas frágiles medusas en "ratones de laboratorio" ha permitido experimentos que nunca podríamos haber hecho hace unos años. Tengo la esperanza de que esta sea la clave para resolver los misteriosos orígenes de la bioluminiscencia".
Desde una perspectiva práctica, si los investigadores pueden averiguar los procesos bioquímicos exactos mediante los cuales las medusas en forma de peine producen coelenterazina, podrían ser capaces de replicar este proceso en el laboratorio para producir nuevos tipos de compuestos brillantes. Dichos compuestos se utilizan ampliamente en la investigación biomédica, bioquímica y genómica moderna, por ejemplo, para rastrear células formadoras de tumores.
"Los componentes básicos de la coelenterazina son algunos de los mismos aminoácidos que se encuentran en todos los organismos vivos, incluidos los humanos", explicó Bessho-Uehara. "Si podemos introducir los genes que producen coelenterazina en células vivas de otros organismos, podemos hacer que partes de estas células brillen". Esto nos ayudaría a comprender cómo se comportan, se desarrollan y responden las células a las condiciones cambiantes. Esta tecnología iluminaría las ciencias de la vida al superar algunas de las dificultades que tenemos con los actuales compuestos brillantes".
La investigación se ha publicado en iScience: Evidence for de novo Biosynthesis of the Luminous Substrate Coelenterazine in Ctenophores
