Criaturas brillantes como luciérnagas y medusas son interesantes para los investigadores, ya que sus moléculas bioluminiscentes contribuyen a visualizar una serie de procesos biológicos. Ahora, Los científicos de Japón han sobrecargado estas moléculas, haciéndolos cientos de veces más brillantes en tejidos profundos y permitiendo la obtención de imágenes de células desde fuera del cuerpo. La fuente de luz de bioingeniería se utilizó para rastrear las células cancerosas en ratones y la actividad de las células cerebrales en monos. pero sus aplicaciones se extienden más allá del laboratorio.

La bioluminiscencia es el resultado de una asociación. Una enzima en este caso, luciferasa derivada de luciérnagas, cataliza el sustrato D-luciferina, creando un brillo verde-amarillo en el proceso. Ha habido una investigación considerable para hacer que este proceso sea más eficiente, por ejemplo, cambiando la luciferina por análogos sintéticos y mejorando la tasa de catálisis. Atsushi Miyawaki y sus colegas buscaron ir más allá, refinando ambos ingredientes para crear AkaBLI, un sistema de bioluminiscencia completamente diseñado por bioingeniería para uso in vivo. La investigación ha sido publicada en Ciencias .

Basado en trabajos anteriores, los investigadores sabían que una luciferina sintética llamada AkaLumine-HCl puede penetrar la barrera hematoencefálica y producir una luz rojiza que se ve más fácilmente en los tejidos corporales. No era muy compatible con la luciferasa natural, sin embargo, por lo que mutaron sucesivamente la enzima para mejorar el emparejamiento con AkaLumine-HCl. La proteína Akaluc resultante es un catalizador más eficaz para el sustrato y se expresa más abundantemente por las células. En el cerebro del ratón esta combinación de Akaluc catalizando AkaLumine-HCl, apodado AkaBLI, resultó en una señal de bioluminiscencia 1000 veces más fuerte que la de la reacción natural de luciferasa-luciferina. En otra parte del cuerpo solo una o dos células brillantes eran claramente visibles desde el interior del pulmón del ratón, algo que podría ser útil para monitorear las células trasplantadas.

La bioluminiscencia se puede introducir fácil y voluntariamente al incluir AkaBLI en el agua potable de los animales, que da el brillo más persistente, aunque inyectar las moléculas arrojó una mayor intensidad. "La mejora fundamental, aunque, es la aplicabilidad práctica para estudios fisiológicos in vivo, "dice Miyawaki.

Con AkaBLI, cómo la actividad y las estructuras cerebrales cambian con el comportamiento se puede observar directamente a lo largo del tiempo. En un experimento en el que los ratones fueron expuestos a entornos de jaulas nuevos y familiares, las mismas neuronas en el hipocampo podrían registrarse durante varios días. "Esta es la primera vez que un conjunto tan pequeño de unas pocas docenas de neuronas profundas relacionadas con un comportamiento de aprendizaje específico se puede visualizar de forma no invasiva, "dice Miyawaki. Y en un mono tití, los investigadores pudieron rastrear las neuronas del cerebro profundo durante más de un año usando AkaBLI. El potencial de este tipo de bioluminiscencia estable y duradera para comprender los circuitos neuronales durante los comportamientos naturales, observa Miyawaki, es prometedor.