Por qué la visión extraordinaria de un crustáceo podría abrir una puerta inesperada en el tratamiento de enfermedades inflamatorias

Un equipo de la Universidad de Lieja y la Universidad Humboldt de Berlín identificó que varios pigmentos visuales de la gamba mantis (Neogonodactylus oerstedii) actúan como interruptores reversibles de luz: se activan y desactivan al recibir colores específicos.

El hallazgo, publicado en Science Advances, surgió tras medir una por una las 17 opsinas presentes en la banda media de sus ojos. La investigación busca resolver por qué este crustáceo tiene cerca de 30 pigmentos visuales, frente a los tres pigmentos de cono que emplean los seres humanos para percibir el color.

Para los humanos, estas opsinas podrían convertirse en una herramienta para estudiar y regular señales celulares vinculadas con enfermedades cardiovasculares, neurológicas e inflamatorias.

La banda media concentra la visión del color

La visión se basa en proteínas llamadas opsinas, que capturan la radiación luminosa y la convierten en una señal eléctrica que el cerebro puede interpretar. Al unirse al retinal, una molécula derivada de la vitamina A, forman los pigmentos visuales o rodopsinas presentes en los fotorreceptores de la retina.

En los insectos y crustáceos, el ojo está dividido en numerosas facetas: distintas zonas pueden especializarse en detectar luz ultravioleta, azul o verde. En la gamba mantis, los dos hemisferios del ojo están separados por una región central conocida como banda media, que se encarga de la visión del color.

El grupo internacional utilizó una plataforma de expresión in vitro —fuera de un organismo vivo— desarrollada por Marjorie Liénard, investigadora de GIGA-ULiège.

El trabajo incorporó también estudios electrofisiológicos, que permiten registrar las respuestas de las células a señales eléctricas, realizados en el laboratorio de Peter Hegemann, profesor de biofísica de la Universidad Humboldt de Berlín.

El análisis de las 17 opsinas mostró que 12 eran pigmentos verdes estándar, semejantes al pigmento verde humano. Otras tres correspondían a proteínas visuales infrarrojas, entre ellas dos proteínas rojo-azul que se ubican cerca del límite entre la luz visible y la infrarroja. Las restantes eran opsinas biestables azul-naranja.

Una visión que alcanza el rojo lejano

Liénard señaló que se trata de la primera descripción de esos pigmentos en un animal que emplea el mismo cromóforo que los humanos, es decir, la molécula que absorbe la radiación luminosa dentro del pigmento visual.

Según la investigadora, la combinación de estas proteínas con los filtros de color del ojo permite una sensibilidad que alcanza los 687 nanómetros.

Alina Pushkarev, biólogo marino del laboratorio de Hegemann, explicó que los filtros presentes en el órgano visual complementan la función de las opsinas. Esa combinación permite que el sistema alcance longitudes de onda correspondientes a la luz roja lejana, próxima al infrarrojo.

Cuatro pigmentos exhibieron un comportamiento distinto al de la visión humana. Dos de ellos se activan con luz roja y se desactivan con luz azul y los otros dos se activan con luz azul y se apagan con luz naranja.

En las personas, la absorción de un fotón —una partícula de luz— cambia la forma del retinal hasta que este se separa de la opsina. Luego necesita regenerarse para volver a participar en la visión, ese proceso explica la permanencia temporal de manchas en el campo visual después de mirar una fuente luminosa intensa.

La reversibilidad permitiría que el sistema visual continúe activo

Los pigmentos biestables, en cambio, pueden reactivarse con un segundo fotón que devuelve el retinal a su estado anterior. “El sistema visual permanece operativo de forma continua”, explicó Camille Brouillon, biofísico de la Universidad Humboldt de Berlín, al describir la consecuencia de ese mecanismo.

El equipo también identificó el mecanismo molecular que provoca la modificación de sensibilidad entre el rojo y el azul. Los resultados plantean que la gamba mantis podría emplear combinaciones distintas de compuestos visuales de acuerdo con la iluminación del entorno.

Liénard comparó ese posible ajuste con “usar gafas de sol durante el día y una linterna al anochecer”. Bajo luz intensa, cuando los pigmentos sensibles al ultravioleta, azul y verde se saturan, las opsinas rojas continuarían operativas. Durante el amanecer y el anochecer, el animal podría utilizar sus 12 opsinas verdes y sus pigmentos azules biestables.

Aún falta demostrar cómo usa el crustáceo esa información para encontrar presas, evitar depredadores o defender su territorio. Los investigadores indicaron que harán falta experimentos de comportamiento, una tarea compleja por las características de estos depredadores.

Opsinas para regular señales celulares

El estudio plantea posibles usos en la optogenética, técnica que controla la actividad de las células con luz. Estas opsinas pertenecen a los receptores acoplados a proteínas G, conocidos como GPCR, que activan cadenas de señalización dentro de las células.

La señalización de las proteínas G está relacionada con enfermedades cardiovasculares, neurológicas e inflamatorias, y es objetivo de una proporción relevante de los medicamentos aprobados.

Las proteínas visuales que se activan con rojo y se desactivan con azul podrían funcionar como interruptores moleculares para regular esas vías de manera reversible.

La luz roja penetra con mayor profundidad en los tejidos y causa menos daño celular que la radiación azul o ultravioleta; sin embargo esas aplicaciones aún no se han desarrollado. El equipo trabaja para lograr una señalización más selectiva, buscar proteínas similares en especies próximas y determinar qué hace biestables a algunas.