Primer caso observado de una proteína fluorescente que determina el color de una anémona de mar
Por primera vez, un equipo de investigadores de la Universidad de Stanford y del Instituto Scripps de Oceanografía de la Universidad de California en San Diego ha descubierto un vínculo genético directo entre la fluorescencia y el color en las anémonas de mar, esas blandas criaturas y con tentáculos que a menudo encuentran los bañistas.
En un artículo completo, el equipo ilumina el misterioso papel de las proteínas fluorescentes y la variación de color dentro de un grupo de anémonas de mar que viven en las zonas intermareales de la costa del Pacífico de América del Norte. Estas anémonas de mar, pertenecientes al género Anthopleura y comúnmente conocidas como anémonas de mar rayos de sol, exhiben una variación genética de color que va desde el vibrante verde neón hasta más tenues tonos oliva o verde grisáceo.
Los investigadores descubrieron que la variación de color, o polimorfismo, de las anémonas está controlada por diferentes versiones de un único gen de proteína fluorescente. El estudio también reveló que las proteínas fluorescentes no están ahí sólo para exhibirse. Funcionan como potentes antioxidantes, protegiendo a las células del daño oxidativo, que es el tipo de estrés más común para las células.
Los factores estresantes comunes para las anémonas de mar y otros organismos en la zona de mareas incluyen la exposición continua a la luz solar, la desecación y la presencia de radicales de oxígeno generados mediante la fotosíntesis.
Imagen derecha: Esta anémona de mar de color verde neón fue documentada por científicos ciudadanos a través de la plataforma iNaturalist, ayudando a los investigadores en un nuevo estudio. Foto: Usuarios de iNaturalist Chloe y Trevor van Loon
"La pregunta que esencialmente estábamos tratando de responder con este estudio era: '¿Qué hace que estas anémonas de mar neón sean tan llamativamente neón? Esto nos llevó a una investigación del intrigante mundo de las proteínas fluorescentes, que siguen siendo un misterio hasta ahora", dijo el autor principal Nat Clarke, ahora es un investigador postdoctoral en el MIT que realizó la investigación mientras era estudiante de doctorado en la Universidad de Stanford.
"Este estudio arroja luz sobre las funciones multifuncionales de las proteínas fluorescentes en la naturaleza, equilibrando sus propiedades espectrales con funciones fisiológicas vitales".
El equipo recurrió a la plataforma comunitaria iNaturalist, que permite a los científicos ciudadanos documentar la biodiversidad, en su búsqueda de ubicaciones de las a veces raras anémonas de mar de color verde neón. A partir de miles de observaciones geoetiquetadas de anémonas de mar Anthopleura, se descubrió que la mayor prevalencia de la coloración neón se encontraba en el norte de California, con hasta el 10% de la población encontrada en este tono, mientras que su abundancia se redujo a menos del 1% alrededor de San Diego.
Todo comenzó con una sorprendente observación
La inspiración para el proyecto de investigación comenzó en 2008, cuando el profesor retirado de la UC Santa Cruz, John Pearse, estaba explorando las pozas de marea de la Bahía de Monterey e hizo una profunda observación: Entre la multitud de anémonas de mar de tonos apagados, sólo una tenía una vibrante coloración verde neón.
Imagen derecha: Nat Clarke, autor principal del nuevo estudio, busca anémonas de mar en las pozas de marea cerca de la Estación Marina Hopkins. Foto de Noah Rose
Después de este encuentro inicial, volvió a comprobar la criatura fluorescente en numerosas ocasiones a lo largo de muchos años, descubriendo que conservaba su llamativa coloración sin importar la época del año y a pesar de las variaciones en los niveles de luz y las condiciones de las mareas, lo que sugiere que este extraño color no era el resultado de factores ambientales o externos.
Pearse, un reconocido experto en la biología de las anémonas de mar y otros invertebrados marinos, tenía curiosidad por saber más sobre la anémona verde neón: ¿Por qué era más fluorescente que otras de la misma especie (y era la misma especie?), que vivía en ¿El mismo lugar, en la misma roca? Solicitó la ayuda de su esposa Vicki Pearse, una destacada experta en anémonas con base en la Estación Marina Hopkins de la Universidad de Stanford, y de otros colegas para investigar la cuestión. John Pearse también fue coautor del estudio, aunque falleció antes de su publicación.
La parte del trabajo de campo del estudio comenzó en 2016, con Clarke y Pearse recolectando muestras de tentáculos de anémonas de colores neón y no neón en la zona intermareal cerca de la Estación Marina Hopkins en Pacific Grove, California. Luego, Clarke utilizó un conjunto de herramientas moleculares para aislar y secuenciar la proteína fluorescente.
Examinando la biofluorescencia en el laboratorio
La parte de biofluorescencia de la investigación fue realizada por el biólogo marino de Scripps Oceanography, Dimitri Deheyn, y miembros del Laboratorio Deheyn, que se especializa en examinar la producción y manipulación de la luz en organismos. Los investigadores realizaron un análisis espectral de la proteína recién identificada utilizando un espectrofotómetro, una herramienta que examina las propiedades de la luz en varios espectros.
Imagen derecha: Proteína fluorescente purificada bajo luz ultravioleta. Foto de Nat Clarke
En muchas especies, las variaciones de color se consideran rasgos fenotípicos u observables, que surgen de factores que incluyen diversas dietas o adaptaciones a diferentes entornos. Por ejemplo, las especies expuestas a niveles más altos de luz suelen exhibir una pigmentación más oscura. Los investigadores se sorprendieron al descubrir que la variación de color dentro de estas anémonas de mar no se consideraba un rasgo fenotípico, sino más bien genotípico, relacionado con un gen de proteína fluorescente en particular.
"Este es el primer caso en el que hemos observado una proteína fluorescente que determina el color de una anémona de mar o de cualquier especie de invertebrado marino", dijo Deheyn, autor principal del artículo. "El hecho de que la coloración esté estrictamente ligada a un gen muy específico lo hace aún más intrigante y desafía las suposiciones de la mayoría de los observadores de campo".
Papel protector de las proteínas fluorescentes
Los investigadores demostraron que las proteínas fluorescentes de las anémonas son potentes antioxidantes que pueden proteger las células vivas contra el estrés oxidativo. En los seres humanos, el estrés oxidativo puede desencadenar migrañas, pero consumir antioxidantes como los arándanos y el chocolate amargo puede ayudar a controlar y prevenir este estrés.
Imagen derecha: La boca de una anémona de mar vista bajo un microscopio fluorescente. Foto: Kelly Govenar, Laboratorio Deheyn, Oceanografía Scripps, UC San Diego
"Basándonos en los datos, creemos que la proteína fluorescente ayuda a las anémonas de mar a lidiar con todas las tensiones variables que experimentan y les permite esencialmente 'sacar la basura' de la reacción de la fotosíntesis de una manera que la desintoxica. no les hace daño”, dijo Clarke. "Este doble papel de las proteínas fluorescentes, como agentes tanto de coloración como de defensa celular, resalta las sofisticadas formas en que la vida marina se adapta a los desafíos de sus entornos".
Según los investigadores, el estudio subraya la importancia de la ciencia ciudadana y animan al público a seguir compartiendo observaciones de anémonas de mar de color verde neón (y otras formas de biodiversidad) a través de iNaturalist.
"Gracias a la dedicación y los esfuerzos de los científicos ciudadanos, podemos obtener conocimientos más profundos sobre la distribución de la población de anémonas de mar, el acervo genético de estos organismos y mucho más", dijo Deheyn. "Cada observación, por pequeña o insignificante que sea, juega un papel crucial en la ampliación de nuestro conocimiento y apreciación del mundo natural".
Los hallazgos fueron publicados el 8 de marzo en Proceedings of the National Academies of Sciences (PNAS): Fluorescent proteins generate a genetic color polymorphism and counteract oxidative stress in intertidal sea anemones
