Proteína verde fluorescente: una biomolécula muy versátil

Laura Frutos Barahona »

Sorprende el hecho de que el descubrimiento de la proteína verde fluorescente (PVF) fue, como muchos otros, gracias a la serendipia. Los investigadores intentaban encontrar la proteína aequorina (nombre referido a la medusa con la que se trabajaba) y encontraron por accidente una segunda proteína, de color verde y bioluminiscente, la PVF. Hace un tiempo leí el libro Serendipia, de Royston M. Roberts, y en la introducción afirma que “la serendipia no disminuye el crédito por hacer un descubrimiento”. No debemos olvidar que gracias a ella Fleming descubrió la penicilina y Newton la gravedad; que fue la causa de que Colón encontrara el Nuevo Mundo  e incluso el propio Alfred Nobel se benefició de ella. Aquí lo dejo porque da para mucho…

El 8 de octubre de 2008 Martin Chalfie, Osamu Shimomura y Roger Y. Sien (Figura 1), fueron galardonados con el Premio Nobel “por su descubrimiento y desarrollo de la proteína verde fluorecente (PVF) y por el desarrollo de herramientas derivadas de esta para su aplicación en biotecnología y en investigación biomédica” (Nobel Fundation, 2008).

Volviendo a la PVF, se extrajo principalmente de la medusa Aequorea victoria (fig. 2), especie ya descrita por Cayo Plinio Segundo El Viejo (23-79 DC), que se sintió atraído por unas medusas que resplandecían con una tonalidad verdosa al ser expuestas al sol. Ahora bien no sería hasta 1961, muchos siglos después, cuando Osamu Shimomura se decidiese a aislar la substancia que provoca esta bioluminiscencia. Existen otros muchos animales que utilizan la bioluminiscencia para atraer a la pareja, espantar a un depredador, indicar que son venenosos, etc.

Se trata de una proteína monomérica de 238 aminoácidos con una estructura terciaria barril beta (Figura 3) formada por 11 cadenas (Prasher et al., 1992). Dentro de su estructura encontramos una hélice alfa con un grupo de 3 aminoácidos que forman un cromóforo natural y que son los causantes de que se produzca la fluorescencia verde al ser iluminada por luz ultravioleta.

Tiene una banda en el espectro de emisión a 508 nm, cercano al que emite el tejido vivo de la medusa. La aequorina tiene una emisión de color azul y mediante un proceso de transferencia de energía, sin emisión y reabsorción de radiación provoca una emisión de color verde por parte de la PVF. (Tsien, 1998; Fernandez et al., 2006).

La PVF debe su importancia a que no necesita de intermediarios para su expresión y porque ha sido relativamente fácil el conseguir modificaciones en su estructura que han permitido ampliar su intensidad o producir otros colores diferentes al verde original (fig. 4). Además es importante que la proteína conserva sus características de bioluminiscencia dentro de otros organismos al original, es decir, de poco serviría si al traspasarlo al organismo con el que queremos trabajar dejase de ser bioluminiscente o se volviese tóxica.

De las numerosas aplicaciones de la PVF solo veremos un resumen ya que son tantas que podríamos ocupar páginas; se pueden encontrar miles de publicaciones que contienen las siglas PVF.

• Marcador, tanto sola como unida a biomoléculas (principalmente otras proteínas). Permite poder observar in situ. (Chalfie et al., 1994).
• Sensor bioquímico (microscopia de fluorescencia).
• Expresión de proteínas fluorescentes en el sistema nervioso: permitiendo descifrar el diagrama de conexiones del sistema nervioso, observar cambios anatómicos y fisiológicos que sufre el cerebro en estado de enfermedad.
• Detección de arsénico en pozos mediante bacterias modificadas genéticamente que expresan la proteína en caso de contaminación. (Roberto et al., 2002).

Experimento brainbow

Me gustaría dar importancia a la aplicación de la proteína en un experimento que se ha denominado “brainbow” (acrónimo de brain: cerebro y rainbow: arcoíris) y que no me atrevo a traducir. Se trata de ratones que codifican para tres proteínas fluorescentes diferentes (azul-cian, amarilla y roja) de manera que cada neurona expresa una parte de cada una de ellas. Creo que una imagen vale más que mil palabras, así que en la figura 5, se puede observar la manifestación de estas proteínas.

La proteína se usa de forma gratuita en investigación básica, aunque no por parte de las farmacéuticas, que tienen que pagar por ella, ya que la PVF está patentada por sus tres descubridores (Clonetech). Para terminar, me referiré a la vertiente más comercial de la PVF, y para mí la más esperpéntica. Se trata del GloFish^®, invento de una empresa que comercializa peces de colores modificados mediante diferentes proteínas fluorescentes, de manera que puedes tener un pez que brilla en el color que prefieras.

Bibliografía

• Chalfie, M., Tu, Y., Euskirchen, G., Ward, W.W. y Prasher, D.C. (1994). Green fluorescent protein as a marker for gene expression. Science, 263: 802 – 805.
• Fernández C, B. Domingo, F. Pizaco, Jm. Pérez, P.Tranque, J. Llopis (2006). Análisis de la Dinámica Celular con Proteína Fluorescentes. Universidad de Castilla La Mancha. Revista Científica de Divulgación Nº5. Diciembre de 2006.
• Nobel- Fundation. (2008) The Nobel Prize in Chemistry 2008.
• Prasher, D.C., Eckenrode, V.K., Ward, W.W., Prendergast, F.G. y Cormier, M.J. (1992). Primary structure of the Aequorea Victoria green-fluorescent protein. Gene. 111: 229 – 233.
• Roberto, F.F., Barnes, J.M. y Bruhn, D.F. (2002). Evaluation of a GFP reporter gene construct for environmental arsenic detection. Talanta 58: 181 – 188.
• Roberts, R. Serendipia: Descubrimientos accidentales de la ciencia. (1989).
• Tsien R.Y. (1998). The Green Fluorescent Protein. Annual Reviews Biochemistry. 67: 509 – 544.