¿Se puede crear un mundo como Avatar?: así son las bacterias luminiscentes transformadas que emiten luz en Salamanca

El Centro de Láseres Pulsados de Salamanca (CLPU) organiza durante esta semana, entre los días 10 y 17, diferentes actividades por el Acto Central del Día Internacional de la Luz en España, que se celebra el viernes 16 de mayo. Entre las actividades de este jueves destaca en la Torre de los Anaya una charla impartida por Raúl Rivas, doctor de Biología y catedrático de microbiología en la Universidad de Salamanca titulada ‘Microorganismos luminiscentes: un espectáculo bello y fascinante’.

Este experto salmantino que lleva trabajando en esta área 25 años, permitirá al público descubrir qué se esconde detrás de la bioluminiscencia, al que se refiere como “un mundo maravilloso iluminado por algunos organismos tan diferentes como vegetales, hongos, bacterias y animales”. Incluso, en la posibilidad de la existencia de crear un mundo como en la película Avatar, donde las plantas eran fluorescentes.

La bioluminiscencia es el tema principal por el que Rivas nos adentra en un mundo luminoso y a la vez desconocido, cargado de mil incógnitas que cobran vida en el laboratorio, donde se transforman para posteriormente verse como estas muestras que han sido creadas exclusivamente para ser enseñadas al público a través de Salamanca24horas.com, y cuyo proceso se ve reflejado en las siguientes líneas explicado por el propio doctor Raúl Rivas desde el Edificio Departamental de Biología, en el que trabaja junto a otras 20 personas en un grupo de investigación denominado ‘Interacciones Microbianas’. Aquí, se trabaja en colaboración con investigadores de otras regiones del mundo, diferentes países como Portugal, República Checa, Italia, Brasil, Estados Unidos, Inglaterra, Francia, o incluso otros continentes como Asia, América u Oceanía. También desde Salamanca se investiga en colaboración con otros laboratorios nacionales como el CSIC, IRNASA, u otros centros mixtos de Madrid, Granada, Sevilla o León. El motivo de estas colaboraciones destaca es porque “la ciencia hoy en día es colaborativa y no se entiende sin que diferentes grupos y disciplinas, incluso de otras áreas, aporten otras visiones”.

Antes de adentrarnos de lleno en qué son los microorganismos luminiscentes, por qué y para qué se crean, qué colores y forma tienen, o incluso si las bacterias luminiscentes podrían llegar a sustituir a una bombilla, Rivas expresa qué va a contar en la charla que se impartirá esta tarde a las 18:30 horas: “Hablaré de bioluminiscencia, de si es posible hacer un mundo como Avatar y de cómo se puede hacer; de por qué los piratas tenían miedo a navegar por lo que se conoce como ‘milky seas’ o mares lechosos que ellos decían que eran fantasmales y que todavía en muchas regiones del mundo a la gente le da miedo, y que es un fenómeno científico que se puede explicar por la bioluminiscencia. Hablaré de cómo utilizamos esas medusas para investigación en ciencia, de por qué las costas gallegas han brillado en los últimos años en verano cuando estabas nadando y de repente parecía como que el agua se volvía de color azul”. También, y aunque reconoce que no se llevará a cabo una práctica real porque conllevaría mucho tiempo, llevará alguna muestra para que los asistentes vean en primera persona como hay bacterias que son fluorescentes.

¿Qué son los microorganismos luminiscentes?

La bioluminiscencia asegura Raúl que “es una característica que presentan algunos organismos, no solo microorganismos, sino también organismos superiores y que les sirven para diferentes funciones, que puede ser para comunicarse entre ellos, para atraer presas, para defenderse de depredadores, en funciones de cortejo etc. Hay más o menos unas 10.000 especies diferentes de organismos que conocemos que producen bioluminiscencia. Y algunas de ellas son microorganismos de diferentes tipos, principalmente hongos y bacterias”.

Asegura, asimismo, que “la diversidad microbiana es amplísima” con virus, arqueas, protozoos, bacterias, donde no todos producen bioluminiscencia, y donde existen bacterias que producen bioluminiscencia en ambientes marinos.  Esto tiene que ver, explica, porque “tienen simbiosis con animales marinos o con vegetales marinos, incluso con algas; y eso les permite comunicarse mejor en un ambiente donde la falta de luz puede complicar ese tipo de acciones. O que, por ejemplo, hay bacterias que establecen simbiosis con peces tan conocidos como el rape. El rape es un pez muy rico y horroroso físicamente, con muchas especies y todas ellas tienen una característica, que es que son depredadores y cazan a otras criaturas; y como cazan con un señuelo, tienen un apéndice en la parte frontal como si fuese un anzuelo. Como el rape vive a profundidades bastante grandes y profundas no se le ve, entonces necesita que el anzuelo se vea. El anzuelo es luminiscente, emite unas lucecitas como azuladas. ¿Es el rape el que hace que luzca el anzuelo? No. Quien hace que luzca el anzuelo son bacterias bioluminiscentes que están dentro de esa estructura y que tienen una simbiosis con el rape. Las bacterias utilizan al rape para vivir y el rape las utiliza para cazar”.

Referente a esto, el doctor hace hincapié en que el color azul se ve mejor en el mar porque según vas bajando en profundidad los colores se van absorbiendo, se reflejan poco y el último que queda es el azul. Por lo tanto, el azul se ve mucho mejor y por eso los microrganismos presentan la bioluminiscencia de color azul. Advierte por ello, que hay muy poca de color rojo y amarillo que es más habitual de las luciérnagas, pero hay menos casos. 

¿Cuándo se empiezan a crear este tipo de bacterias luminiscentes y sobre todo por qué?

Raúl responde subrayando que “hay bacterias que son naturales, que existen así en la naturaleza, que tienen esas funciones para cumplir la bioluminiscencia y hay otras que creamos nosotros en el laboratorio en las cuales introducimos genes provenientes de animales luminosos como son medusas. Introducimos un gen que produce una proteína muy concreta que se llama GFP que emite un color verde característico”.

Esto, ¿para qué se utiliza?: "Lo utilizamos como marcador para bacterias, para hacer seguimiento o incluso podemos marcar células, por ejemplo, para ver el desarrollo de un tumor o para ver cuándo inoculamos una bacteria, por dónde va dentro del organismo, o cómo coloniza una planta, cómo se dispone en el suelo para hacer un seguimiento porque es mucho más sencillo poderla determinar y con ese brillo característico que tienen.

Las bacterias que se pueden ver en las imágenes de este reportaje, pese a que han sido creadas con motivo de una entrevista concertada para dar a conocer el trabajo en este laboratorio, desconocido para muchos lectores, se usan, igual que otras similares, para ver la mejora de la producción agrícola mediante el uso de microorganismos: “Utilizamos bacterias fluorescentes para ver cómo se relacionan con las plantas, porque así las vemos mucho mejor, para ver cómo interactúan, cómo colonizan la raíz etc.”. Las que se ven en las imágenes están transformadas. Significa “meter material genético que no es de la bacteria, que es de otro organismo, es como si fuese un transgénico. El término transgénico se refiere a que hemos creado un organismo nuevo al cual hemos introducido ADN, o material genético, de otro organismo diferente. En este caso vamos todavía más allá porque a un microorganismo le introducimos ADN proveniente de un animal, una medusa. 

Éstas son sólo de GFP verde. Hay otras proteínas fluorescentes que a veces también utilizamos de otros colores, la metodología es la misma, pero a veces necesitamos que unas luzcan en verde, otras luzcan en azul, otras en rojo, para que cuando las ponemos todas juntas sepamos cuál es cada una de ellas”.

El motivo de los colores añade es porque la GFP, esa proteína que procede de la medusa emite en color verde y fue la primera que se empezó a emplear. De hecho, el uso de la GFP, proteína verde fluorescente, ha sido esencial en ciencia para el desarrollo de muchas técnicas y obtener muchos resultados, indica. Después de esa, asegura que se buscaron más proteínas y hay una amplia paleta de colores que van desde el violeta, el rojo, naranja, amarillo, el verde, azul, morado, que se han ido desarrollando con el paso de los años.

Estos colores se pueden elegir: “Podemos elegir el color, pero normalmente con lo que más se trabaja es con la GFP, pero podemos seleccionar el color de la proteína que queremos que expresa y queremos que se vea, y va en función de la información genética que le metamos. El color también se elige en función de lo que queramos ver, a lo mejor nosotros estamos transformando en verde y lo vamos a poner en una planta que ya tiene autofluorescencia verde, pues lo vamos a ver mal”. En este caso las opciones serían darle un colorante a la planta diferente para que se tiña y aparezca de color rojo, por ejemplo, o utilizar otra planta que contraste bien.

¿Cuánto se tarda en crear una bacteria luminiscente y qué fatores se tienen que dar para que luzcan?

“Son muy rápidas, asevera Raúl, a la vez que advierte que “en un par de días, si todo va bien, ya puedes seleccionar las bacterias que pueden lucir y en tres días tener un cultivo el que se ve en las imágenes”. Sin embargo, siempre hay factores que han de cumplirse para que el trabajo se haga realidad, aunque con un rango de fracaso a tener en cuenta: “Pueden intervenir muchos factores como en cualquier protocolo en ciencia, entre los que puede estar que el cultivo de partida, el que está sin incluir la proteína, esté demasiado viejo. Cuando nosotros le introducimos ese gen, se lo introducimos en lo que llamamos un plásmido, que es como una circunferencia de ADN. Si el plásmido no está bien, si nos lo cargamos a la hora de transferirlo, si no lo transferimos bien, si no lo acepta bien la bacteria, hay muchos pasos en los que  se puede fracasar y eso repercute en o bien que te salga  un poquito peor o directamente en que no tengas nada, que no te salga, pero bueno, en principio  son protocolos sencillos que no tienen por qué dar  problemas, pero sí que requieren un tiempo, porque como todo organismo vivo necesita un tiempo para crecer y estas aunque sean muy rápidas de crecimiento, necesitan para estar en plenitud al menos  24 -48 horas”.

¿Qué pasa con la forma de las bacterias, es una forma creada?

“Las formas las hacemos nosotros, es un dibujo donde puedes dibujar lo que quieras en una placa. Esto que tiene como una forma que se llama aislamiento en estría, que lo que intentamos es conseguir colonias separadas. Esos puntitos es una colonia, aquí está todo como muy junto, no se ve, y hay veces que nosotros necesitamos separar esos puntitos porque no todas las bacterias van a ser luminiscentes, hay algunas que pueden haber cogido el ADN y otras no.

Si conseguimos separar unas colonias de otras vemos que unas brillan y otras no, después tenemos que coger una de ellas y ya sembrarla en masa, entonces para eso hacemos lo que se llama aislamiento en estría, pero en realidad podemos hacerlas crecer como queramos. De hecho, hay gente que trabaja haciendo dibujos, hay un certamen internacional de dibujar en placas de pépticos, microorganismos, dibujos que algunos son una pasada. Entonces en realidad tú puedes poner la forma que quieras, que no tiene que ver con la forma de la bacteria, igual que la playa no tiene que ver con la forma del grano de arena, la forma de la célula no tiene que ver con el conjunto de la población”.

¿Las bacterias luminiscentes se podrían llegar a sustituir por una bombilla?

Más que las bacterias en sí, reconoce Rivas que “se han hecho intentos con algo más o menos parecido para vegetales luminiscentes para que puedan dar luz, de hecho, en espacios cerrados sí que se ha conseguido que puedan dar cierta luz y que presenten esa luminiscencia natural. Sí que hay intentos desde hace unos años de poder crear un organismo vivo que dé luz y que te permita ver en un entorno oscuro. Algunos de esos crustáceos marinos como noctiluca y uno que se llama Vargula hilgendorfii, luciérnaga de mar, que es un animal, la utilizaban los japoneses durante la segunda guerra mundial desecada porque con la fricción emite un brillo azulado tenue y la utilizaban para poder leer los mapas sin ser descubiertos para que no se viese mucha luz. Entonces ponían esa luz tenue y podían ver los mapas en más o menos una zona de oscuridad y podían seguir estando camuflados”.

Luego, añade que “hay organismos con luminiscencia natural como son los hongos, los que crecen sobre los árboles, tipos setas, e incluso alguna seta que tiene luminiscencia natural y que por la noche se ven con esa luminiscencia normalmente también verdosa. Hay alguna rojiza, hay alguna amarillenta, pero normalmente verdosa, que son muy bonitos”.

Finalmente, este investigador salmantino sentencia que las bacterias luminiscentes “son una herramienta” y que “no es un descubrimiento en sí, sino una herramienta que es parte de un proceso”, en el que matiza que “en ciencia es difícil encontrar hitos concretos”, aunque sí los hay, y que todo supone un avance basado en trabajos anteriores. “Cada uno aportamos lo que podemos, nuestro pequeño granito de arena, para después llegar a mejor, a una cosa que hemos descubierto hace 20 años. Nosotros podemos descubrir una nueva especie de bacteria y dentro de diez años alguien puede descubrir que esa bacteria además produce un antibiótico superpotente nuevo que es muy efectivo contra la tuberculosis”.