Existen muchas especies bacterianas que son capaces de emitir luz. De hecho, las bacterias emisoras de luz son las más abundantes y más ampliamente distribuidas entre todos los microorganismos luminiscentes en medios acuáticos, tanto marinos como terrestres. Este proceso de luminiscencia se puede encontrar en bacterias simbióticas, saprófitas, parásitas, asi como en bacterias de vida individual, que en su hábitat no forman parte de biofilms (asociación de microorganismos que forman películas biológicas sobre un soporte físico) o que no forman colonias [Meighen, Annu. Rev. Genet. 28: 117-139 (1994)]. Incluso se conocen desde hace tiempo algunos ejemplos de asociaciones de peces con bacterias luminiscentes con beneficios ecológicos para ambos organismos [Nealson y Hastings, Microbiol. Rev. 43:496-518 (1979)].

Muchas especies de bacterias marinas son bioluminiscentes, pero en este proceso se gasta mucha energía, y no está claro cómo las bacterias pueden compensarla después. Así, no existía hasta el momento una explicación biológica a este fenómeno. Entonces, øpor qué brillan algunas bacterias de aguas marinas? Los recientes avances nos aportan sorprendentes explicaciones a este misterio biológico: parece ser que la bacteria podría emitir luz para reparar su DNA después de que haya sido dañado por la radiación ultravioleta que penetra en el mar, u otros agentes nocivos para el material genético.

Estudiando bacterias marinas que viven libres en medios acuáticos, especialmente la bacteria luminiscente Vibrio harveyi, se ha encontrado cepas que portan mutaciones que reducen su capacidad de producir bioluminiscencia, y que a la vez, no pueden reparar su DNA cuando se dejan en la oscuridad. Sin embargo, estos mutantes pueden reparar los daños sufridos si se exponen a una fuente de luz externa. Para comprobar una posible hipótesis que relacionara la bioluminiscencia y la reparación del DNA, se han clonado genes implicados en la producción de luz por V. harveyi y se han transferido a una especie no luminiscente, Escherichia coli, observándose que ocurren exactamente los mismos fenómenos descritos anteriormente en los mutantes de V. harveyi [Czyz et al., Microbiology 146:283-288 (2000)].

La explicación biológica de esta imperiosa necesidad de reparar el DNA puede suponer una fuerte presión selectiva a favor de la bioluminiscencia en las bacterias marinas. Estas bacterias habitualmente usan una enzima llamada fotoliasa para reparar el DNA. Pero la fotoliasa sólo es activa en presencia de luz visible [Kato et al., J. Bacteriol. 179:6499-6503 (1997)]. Para la mayoría de las bacterias, esto no es un problema, ya que usan la luz solar como energia para el proceso de reparación, pero esto debe hacerse de una manera distinta en las bacterias que viven en las profundidades marinas. En este hábitat, múltiples agentes mutagénicos, incluidas las radiaciones ultravioleta, pueden acceder más allá de las capas superficiales del mar, mientras que la luz solar se absorbe con facilidad en las primeras capas. Esto no les deja a las bacterias que frecuentan las capas más profundas otra opción que fabricar su propia luz.

Esta idea también podría explicar por qué las poblaciones de bacterias bioluminiscentes activan la producción de luz una vez alcanzada una determinada densidad de población (fenómeno denominado "quorum sensing"). Cuando las bacterias están concentradas, sus productos de desecho y los metabolitos secundarios que acumulan pueden ser nocivos para el DNA de las células. Así, el "quorum sensing" estimularía el proceso de reparación del DNA en estas condiciones especialmente peligrosas [Czyz et al., Microbiology 146:283-288 (2000)].

Este descubrimiento ha abierto la puerta al estudio de la regulación del fenómeno de la bioluminiscencia. Así, un ejemplo de ello sería el estudio del papel de los contaminantes tóxicos de naturaleza química en la regulación de la luciferasa, enzima responsable de la produccion de luz. Estos productos tóxicos parece que provocan una desinhibición de dicha enzima, normalmente reprimida en ausencia de dichos productos, conduciendo entonces a la producción de luz. Los estudios en el campo de la reparación del DNA y de fenómenos como el "quorum sensing" tienen ahora un importante modelo de estudio. Gracias a este descubrimiento, los resultados no tardarán en aparecer, y terminarán por desvelar, poco a poco, uno de los secretos mejor guardados por algunas bacterias: poseer una pequeña luz sanadora.

Francisco M. Cazorla es becario postdoctoral en el Institute of Molecular Plant Sciences de la Universidad de Leiden (Países Bajos)