Una mutación genética provocada permite a ratones ver en colores

ientíficos del Instituto Médico Howard Hughes, de la Universidad estadounidense de Johns Hopkins, y de la Universidad de California en Santa Bárbara, han conseguido que ratones de laboratorio adquieran una aptitud inexistente en su especie: ver en colores.

Según explica dicho instituto en un extenso comunicado, los cerebros de ratones alterados genéticamente fueron capaces de procesar de manera eficiente la información sensorial que provenía de fotorreceptores nuevos de sus ojos. Gracias a ellos, los animales pudieron distinguir entre diversas luces de colores para capturar una gota de leche de soja que sólo salía de un dispensador colocado en una de estas luces.

Los ratones, como la mayoría de los mamíferos exceptuando los primates, sólo perciben una gama de colores limitada, al igual que lo hacen las personas que padecen acromatopsia, enfermedad genética y congénita ligada en humanos al cromosoma X y que impide distinguir más colores que el blanco y el negro.

Cambio en la percepción

La inserción de un solo cromosoma humano en los cromosomas de los roedores del experimento cambió en ellos la percepción visual, permitiendo que distinguieran otros colores.

Esta transformación fue constatada en una serie de pruebas de visión del color, diseñadas para demostrar que los animales distinguían un espectro más amplio de ondas de luz. Los resultados señalan que el cerebro de los mamíferos posee una flexibilidad que permite una mejora casi instantánea en la complejidad de la visión de los colores, afirman en dicho comunicado los autores del estudio, Gerald Jacobs y Jeremy Nathans.

La evolución de la visión de los colores ha sido un tema de estudio intensivo durante más de tres décadas. Esta nueva investigación es la más definitiva hasta el momento en aclarar los primeros pasos que llevaron a la aparición de la tricromacia: variedad de visión de los colores que se encuentra hoy en la mayoría de los primates, incluidos los seres humanos.

Según Nathans, "lo que estamos observando en estos ratones es el mismo evento evolutivo que sucedió en uno de los ancestros distantes de todos los primates y que en última instancia llevó a la visión de color tricromática que ahora disfrutamos".

Origen de la tricromacia

La tricromacia depende de tres tipos de células fotorreceptoras de la retina que absorben preferentemente luces en distintas longitudes de onda. Se las conoce como células conos y cada tipo contiene una clase particular de proteína sensor que absorbe luz.

Las células conos (S), que son sensibles a la longitud de onda corta, son las más sensibles a las luces azules. Las células conos (M), que son sensibles a la longitud de onda mediana, son las más sensibles a las luces verdes. Los conos (L) que son sensibles a la longitud de onda larga, son los más sensibles a las luces rojas.

Cuando la luz impacta la retina y activa las células conos, el cerebro compara las respuestas de los fotorreceptores S, M y L, y la evaluación que el cerebro realiza de sus niveles relativos de activación es lo que percibimos como color.

La mayoría de los mamíferos son dicrómatas, ya que sólo poseen pigmentos de conos S y M. Por consiguiente, sólo pueden distinguir una fracción de las longitudes de onda que distinguen los seres humanos. John Mollon, de la universidad británica de Cambridge, ha sugerido que la evolución de la tricromacia habría permitido que los primates discriminen entre la fruta inmadura, que es típicamente verde, y las frutas rojas y anaranjadas maduras.

De modo recíproco, los colores de las frutas maduras podrían haber coevolucionado con la tricromacia primate, dado que los animales capaces de reconocer y comer las frutas maduras habrían ayudado a las plantas al diseminar sus semillas.

Introducción genética clave

La combinación de los trabajos de Nathans y Jacobs ha sugerido que el tipo de visión tricromática de los colores que poseen los monos del Nuevo Mundo también podría ser el precursor evolutivo de la forma existente entre los primates del Viejo Mundo (africanos), entre los que se encuentran los seres humanos.

En el estudio actual, los investigadores se propusieron repetir lo que la mayoría de los científicos había considerado el paso crucial en la evolución de la visión de color tricromática de primates: la introducción del gen receptor L. Su objetivo era determinar si ese único gen podía alterar la percepción sensorial de un animal.

En 2003, Nathans y Jacobs, junto con Markus Meister, de la universidad de Harvard, presentaron sus estudios iniciales en ratones diseñados genéticamente que llevaban el gen receptor L en lugar del gen receptor M.

Dado que estos genes se encuentran en el cromosoma X, están sujetos a un proceso conocido como inactivación del cromosoma X. En mamíferos, cada célula femenina tiene dos cromosomas X, mientras que cada célula masculina tiene un solo cromosoma X.

La inactivación de X sólo ocurre en las hembras y resulta en el silenciamiento de la mayoría de los genes en uno de los cromosomas X en cada célula. Dado que las distintas células eligen silenciar uno u otro cromosoma X, los ratones hembras, diseñados para tener una copia de cada uno de los genes receptores M y L, expresan el receptor M en algunas células conos y el receptor L en otras células conos.

Estos dos tipos distintos de conos están mezclados entre sí a lo largo de la superficie de la retina. Este mecanismo basado en la inactivación de X para producir receptores M y L en distintas células conos es el mismo que Jacobs había identificado anteriormente en primates del Nuevo Mundo. Para el estudio actual, el equipo seleccionó ratones que poseían proporciones aproximadamente iguales de células conos M y L, y comparó su visión con la de ratones normales.

Implicaciones

El grupo de Jacobs en la UCSB desarrolló pruebas de comportamiento para determinar si los ratones hembras podían discriminar entre luces de colores comparando la activación relativa de células conos M y L. Los investigadores realizaron decenas de miles de pruebas en las cuales dos longitudes de onda o intensidades de luz distintas se exhibieron sobre tres paneles de prueba. Cuando los ratones identificaron correctamente qué panel era distinto de los otros dos, recibieron una gota de leche de soja como recompensa.

Los ratones alterados genéticamente demostraron su nueva capacidad visual eligiendo el panel correcto en un 80 por ciento de los ensayos. Por el contrario, los ratones normales sólo realizaron la elección correcta un tercio de las veces, que es el resultado que se obtendría aleatoriamente distinguiendo entre los tres paneles. Según los científicos, sus resultados tienen implicaciones no sólo para la evolución de la visión de color, sino que también para la evolución de los sistemas sensoriales en general.

Experimentos anteriores con los sistemas visuales, olfativos (olor), y gustativos (gusto) han sugerido que el introducir un receptor sensorial nuevo puede ampliar el rango de percepción sensorial de un animal, alterando su comportamiento y actividad nerviosa. Jacobs hizo notar que el nuevo estudio es el primero en demostrar que estos cambios genéticos simples pueden tener efectos aún más profundos.

Nueva dimensión de la experiencia

"Simplemente cambiando las proteínas del receptor, no sólo se puede extender la gama de información que un animal podría ser capaz de detectar, sino que también si el sistema nervioso tiene la plasticidad que hemos visto en estos ratones, se puede extraer una nueva dimensión de experiencia", explica.

Según publican los autores del estudio en un artículo aparecido en la revista Science, "nuestra observación de que el cerebro del ratón puede utilizar esta información para hacer discriminaciones espectrales implica que alteraciones en genes receptores podrían tener un valor selectivo inmediato no sólo porque amplían la gama o los tipos de estímulos que puedan ser detectados sino porque también permiten que un sistema nervioso plástico discrimine entre estímulos nuevos y existentes".

"Cambios genéticos adicionales que redefinan el circuito neuronal en etapas posteriores para extraer información sensorial de forma más eficiente podrían entonces continuar a lo largo de muchas generaciones", afirman los investigadores.