Bacterias mutantes iridiscentes para una nueva y brillante paleta de colores
Los colores que parecen diferentes según el ángulo desde el que se miren se denominan iridiscentes. Mientras que los pigmentos producen color mediante un mecanismo llamado absorción (absorben parte del espectro visible y lo que no se absorbe acaba siendo el color del objeto), los colores estructurales se obtienen estructurando material a escala de la longitud de onda de luz visible. Tal coloración iridiscente puede, en consecuencia, cambiar de color y brillo en función del ángulo de visión; un ejemplo claro de este efecto es el revestimiento de nácar de la concha de una ostra. Las estructuras fotónicas naturales plantean numerosos retos, especialmente para la modelización. Son altamente jerárquicas, por lo que tienen características distribuidas en diferentes escalas de longitud y suelen verse afectadas por el desorden. Para superar la complejidad y explicar muchos de los colores de la naturaleza, el proyecto financiado con fondos europeos LODIS (Looking through disorder) ha desarrollado herramientas de análisis y simulación para mejorar la comprensión de las estructuras fotónicas desordenadas. El equipo de LODIS se centró específicamente en el efecto del desorden de las propiedades ópticas de las estructuras fotónicas. «En muchos sistemas naturales, las nanoestructuras de producción de colores están inherentemente desordenadas. El desorden puede ser perjudicial para los fuertes efectos de interferencia en los sistemas ópticos, pero también permite una variedad mucho más amplia de aspectos visuales», explica la coordinadora del proyecto, la doctora Silvia Vignolini. Como parte del proyecto, y para ilustrar el efecto de desorden, han elaborado un vídeo que muestra cómo cambian los colores de las bacterias marinas iridiscentes. Los mutantes fueron la clave Los investigadores establecieron una línea de investigación reconocida internacionalmente que contribuyó notablemente a comprender cómo puede un sistema vivo formar arquitecturas fotónicas complejas en la naturaleza. «A continuación, se verá cómo tales principios de diseño natural pueden aprovecharse para fabricar materiales ópticos novedosos de un modo sostenible», señala la doctora Vignolini. Empleando un microscopio de electrones para observar bacterias mutantes con una longitud de tan solo dos millonésimas partes de un metro, los investigadores observaron lo que estaba pasando: la organización de las bacterias era responsable del color de la colonia. Se descifraron las rutas genéticas que se encuentran en la base de una miríada de colores en una nueva cepa de «Flavobacterium». Al modificar sus genes, los investigadores demostraron que es posible controlar tanto el color como las propiedades de dispersión. Cuando la interferencia es constructiva La explicación se encuentra en el principio de un proceso físico denominado interferencia constructiva. La definición estricta es que dos o más ondas de la misma fase y frecuencia producen una longitud de onda única igual a la suma de las individuales. «En las coloridas bacterias marinas, esto produce una "reflectancia colorida"», explica un miembro del equipo de investigación, el doctor de postdoctorado Villads Egede Johansen. «Para explicarlo de un modo sencillo, el color que se ve es el resultado de la luz reflejada por las bacterias en forma de barra organizadas de cierto modo, no del pigmento. Si se modifica el patrón, el color desaparece con una pasada del asa de platino». Los mutantes creados diferían en longitud y diámetro de las células en forma de barra o incluso en su habilidad de desplazarse. El equipo demostró cómo era posible controlar el color y las propiedades de dispersión de organismos vivos modificando sus genes. «Este trabajo constituye un gran avance en el ámbito: mientras que hasta el momento la investigación se había centrado principalmente en la caracterización óptica de organismos estructuralmente coloreados, no existían estudios anteriores que investigasen las rutas genéticas subyacentes a la coloración estructural de cualquier organismo vivo», destaca la doctora Vignolini. El trabajo, que ha sido bien recibido tanto por la comunidad científica como por la prensa, se publicó en la revista de alto nivel PNAS. Siguientes pasos en el camino hacia el control del poder de la biología del color Para el equipo, resulta esencial proseguir con la investigación y los investigadores están buscando activamente financiación adicional. Actualmente, el fundador del Consejo de Investigación de Biotecnología y Ciencias Biológicas del Reino Unido (BBSRC), que se centra en proyectos en el ámbito de la biociencia para el futuro, ha ofrecido una beca a un estudiante de doctorado para que continúe con la labor. Sin duda, llegarán muchos otros interesantes resultados. «Imaginemos las posibles aplicaciones de esta tecnología: cosméticos biodegradables iridiscentes y pinturas a base de bacterias que crecen en un día para pintar paredes y coches», concluye la doctora Vignolini.
Palabras clave
LODIS, color, iridiscente, estructuras fotónicas, pigmento
