Fotobiología y Optogenética

Proyectos

La luz es una clave ambiental que da a los seres vivos información temporo-espacial esencial para su supervivencia. Los fotorreceptores son las moléculas encargadas de sensar la señal lumínica e internalizar esa información al interior celular. Si bien fueron descubiertos inicialmente en plantas y animales, más tarde se descubrieron en el resto de los Reinos y Dominios de la Vida, incluyendo a las bacterias y arqueas.

En cuanto a su rol biológico, se ha observado que los fotorreceptores bacterianos están involucrados en la modulación de la interacción de la bacteria con su hospedador tanto en relaciones simbióticas como es el caso de Rhizobium leguminosarum, como en relaciones parasitarias de plantas como en Xanthomonas campestris  y Pseudomonas syringae  y de animales como Brucella abortus, Acinetobacter baumannii y Burkholderia multivorans.

Los fotorreceptores son proteínas que absorben luz de longitudes de onda dentro del rango visible a través de la unión de moléculas pequeñas llamadas cromóforos, generalmente con estructura aromática. En particular los fotorreceptores bacterianos son proteínas multidominio. Presentan al menos dos módulos, un módulo fotosensor y un módulo de salida. Existen en la naturaleza diversos tipos de módulos fotosensores, de luz del rojo-lejano, rojo, amarillo, verde, azul y UV. Por otro lado, los dominios de salida más abundantes en procariotas pertenecen a las siguientes familias: histidina quinasas, PAS, fosfatasa, di-guanilato ciclasa. Si bien existe bastante conservación de secuencia y estructural a nivel de dominios, se observa una gran diversidad de combinaciones de módulos sensores y módulos de salida.

La luz controla a través del módulo fotosensor la actividad del módulo de salida. Una pregunta central en el campo de los fotorreceptores bacterianos es cómo se acopla el sensado de la luz, a la actividad del dominio de salida. El alcance de esta pregunta se extiende a otras proteínas sensoras (de otras claves ambientales físicas y químicas). Debido a que muchos fotorreceptores bacterianos son solubles y relativamente fáciles de obtener se han convertido en moléculas modelo. El conocimiento en este campo permite pensar estrategias para resolver problemáticas agronómicas y de la salud humana y animal.

Por otro lado, desde hace unos 20 años se vienen desarrollando herramientas moleculares muy exitosas basadas en los fotorreceptores. Se trata de una disciplina conocida como Optogenética. Estas herramientas consisten en acoplar dominios fotosensores a diferentes proteínas de interés para hacerlas foto-regulables.

Nos interesa también comprender a nivel Biológico y Microbiológico cuáles son los eventos celulares río abajo de los fotorreceptores, qué proteínas, metabolitos y genes están involucrados, qué procesos biológicos son regulados por la luz y por los fotorreceptores, cómo intervienen la luz y los fotorreceptores en la interacción con el hospedador. 

Los modelos a interrogar son B. abortus, R. leguminosarum, X. campestris, para los cuales contamos con cepas knock-out para los fotorreceptores de estudio, tanto mutantes simples como dobles. También se planea incorporar  M. colombiense. Nos centraremos en dos familias de fotorreceptores, los receptores de luz azul de la familia de las proteínas LOV y los receptores de luz roja de la familia de los fitocromos.

Por otro lado, nos proponemos utilizar ambos grupos de fotorreceptores para diseñar herramientas optogenéticas.