Unas moléculas reporteras que generan luz facilitan la monitorización celular

Para saber qué está pasando dentro de las células sin tener que recurrir a una fuente de luz externa, los científicos pueden desarrollar células genéticamente modificadas para que produzcan moléculas reporteras quimioluminiscentes. Un nuevo tipo de pequeñas moléculas, sin embargo, pueden penetrar en las células y monitorizar sus procesos biológicos mediante quimioluminiscencia, evitando así la modificación genética.

La quimioluminiscencia, el proceso que hace que las pulseras luminosas brillen, tiene lugar cuando una reacción química genera luz. Los investigadores la utilizan para monitorizar especies reactivas del oxígeno y diagnosticar infecciones patógenas, así como para la detección en cromatografía, electrofóresis, inmunoensayos, ensayos de ácidos nucleicos y Western blots.

Los nuevos reactivos son versiones modificadas de los adamantiliden-dioxetanos de Schaap quimioluminiscentes, ampliamente utilizados, en los que cada uno de ellos tiene un grupo protector característico que reacciona ante una enzima o un compuesto reactivo determinado. Por ejemplo, los grupos protectores pueden ser sustratos para una enzima particular. Cuando la enzima está presente, separa el grupo protector del reactivo de Schaap, dando lugar a un fenolato de dioxetano que emite luz.

Los reactivos de Schaap funcionan bien en solventes orgánicos, pero en agua emiten una luz muy débil. Los sistemas de tres componentes —cada uno mezcla de un reactivo de Schaap, un tensoactivo y un tinte fluorescente excitable— brillan unas 100 veces más en agua que los reactivos de Schaap por sí solos, pero las mezclas no se usan en las células debido a que son tóxicas. Los científicos también usan el par enzimático luciferina-luciferasa de la luciérnaga para monitorizar la expresión de genes y otros procesos celulares, pero primero deben modificar las células para que produzcan luciferasa.

Doron Shabar de la Universidad de Tel Aviv y sus colaboradores de la Universidad de Ginebra han modificado los reactivos de Schaap de forma que brillen más y puedan ser usados en las células (ACS Cent. Sci. 2017, DOI: 10.1021/acscentsci.7b00058).

El equipo añade sustituyentes electro-actractores en posiciones conjugadas del grupo fenolato del reactivo, dando lugar a largos sistemas π que emiten más luz en medios acuáticos. Un reactivo modificado, con acrilonitrilo y grupos cloro añadidos, emite en solución acuosa 1000 veces más luz que el reactivo Schaap convencional y 10 veces más que un sistema tri-componente. Es casi tan brillante como el par lucerina-luciferasa, puede difundirse en las células y no requiere ingeniería genética.

“Cambia las reglas del juego para el diagnóstico por quimioluminiscencia”, dice Phil S. Baran del instituto de investigación Scripps de California, que colaboró con Shabat en un proyecto anterior. Al añadir diferentes grupos protectores como sustratos desencadenadores para varias enzimas o compuestos reactivos, Shabat y sus colaboradores usaron los nuevos reactivos para monitorizar la actividad β-galactosidasa en células individuales y para detectar fosfatasa alcalina, glutatión y peróxido de hidrógeno en una solución acuosa.

“Este diseño molecular tan simple y elegante supone una mejora drástica”, cometa Alexander R. Lippert de la Souther Methodist University. “No se necesita ninguna fuente de excitación”, lo que elimina diversos problemas relacionados con el análisis fluorescente de las células, incluyendo la pérdida de señal, la toxicidad y la interferencia de fondo, dice.

Shabat y su equipo esperan poder extender el rango de emisión de las moléculas del visible al infrarrojo, para mejorar su habilidad a la hora de penetrar más profundamente en el tejido y poder usarlas in vivo.

Traducción al español producida por Juan José Sáenz de la Torre de Divulgame.org para C&EN. La versión original (en inglés) del artículo está disponible aquí.