Equipo [Beneficios de la bioluminiscencia en la salud] Alessandra Leonor Gómez Fragoso[Sexto Coyote], Isabella Yamile Diaz Rojas[Sexto Coyote], Valentina Jiménez Galindo[Sexto Coyote]
La bioluminiscencia es la capacidad de los organismos a emitir luz visible a través de una variedad de sistemas de reacciones quimioluminiscentes, que en general requieren de una enzima activa llamada luciferasa y de un sustrato denominado luciferina que permite la reacción visual del fenómeno. Este fenómeno puede presentarse en organismos aislados o de manera coordinada formando espectáculos de gran belleza, como la bioluminiscencia del fitoplancton que produce el rompimiento de las olas. La bioluminiscencia en el ámbito de la salud no se refiere solo a un beneficio terapéutico para la personas, sino a una valiosa herramienta para la investigación biomédica y el diagnóstico clínico. Sus aplicaciones han permitido avances significativos en la comprensión y el tratamiento de diversas enfermedades. Las imágenes bioluminiscentes se utilizan en genes de animales que producen su propia luz (como las luciérnagas y las medusas) y se insertan en células, por ejemplo cancerosas. Desarrollando así la quimioluminiscencia que sienta la base de muchos análisis de sangre modernos (como los de la tiroides, marcadores tumorales y pruebas de autoinmunidad). Una sustancia emite una luz al reaccionar con la molécula que se quiere detectar (por ejemplo, una hormona). Un instrumento mide esa luz, permitiendo cuantificar con extrema precisión la presencia de la molécula muestra. Fue fundamental en los test de PCR y antígenos para el Covid- 19.
Los investigadores utilizan marcadores bioluminiscentes para rastrear la expresión y regulación de genes en células y tejidos vivos. Esta aplicación es crucial para el estudio de enfermedades genéticas y el desarrollo de terapias génicas.
Palabras clave: Bioluminiscencia, quimioluminiscencia, molécula, célula, gen, salud.
Bioluminescence is the ability of organisms to emit visible light through a variety of chemiluminescent reaction systems, which generally require an active enzyme called luciferase and a substrate called luciferin that enables the visual reaction of the phenomenon. This phenomenon can occur in isolated organisms or in a coordinated manner, creating spectacles of great beauty, such as the bioluminescence of phytoplankton produced by breaking waves. In the field of health, bioluminescence not only refers to a therapeutic benefit for humans but also to a valuable tool for biomedical research and clinical diagnosis. Its applications have led to significant advances in the understanding and treatment of various diseases. Bioluminescent imaging is used in animals that produce their own light (such as fireflies and jellyfish) and is inserted into cells, for example, cancer cells. This develops chemiluminescence, which forms the basis of many modern blood tests (such as thyroid function tests, tumor markers, and autoimmune tests). A substance emits light when it reacts with the molecule to be detected (for example, a hormone). An instrument measures this light, allowing for extremely precise quantification of the presence of the sample molecule. This was fundamental in PCR and antigen tests for COVID-19.
Researchers use bioluminescent markers to track gene expression and regulation in living cells and tissues. This application is crucial for the study of genetic diseases and the development of gene therapies.
Key words: Bioluminescence. Chemiluminescence. Molecule. Cell. Gene. Health.
Nopa bioluminiscencia elij nopa chikaualistli tlen kipiaj nopa tlapialmej tlen ika kikixtiaj tlauili tlen nesi ika miak tlamantli tlen ika tlauilnemi, tlen uejkaui moneki se enzima tlen itoka luciferasa uan se tlamantli tlen itoka luciferina tlen kikaua ma nesi nopa tlamantli.
La luminiscencia, en sus diversas formas, es la emisión de luz fría producida por la excitación de electrones, un fenómeno que ha trascendido la física para convertirse en una herramienta indispensable en las ciencias de la vida. Dentro de estas técnicas, la bioluminiscencia destaca como un proceso natural fascinante, donde organismos vivos (como luciérnagas, bacterias y ciertos organismos marinos) generan luz propia mediante la oxidación de una molécula llamada luciferina, catalizada por la enzima luciferasa.
A diferencia de técnicas que requieren luz externa (como la fluorescencia), la bioluminiscencia ofrece una señal intrínseca, lo que reduce la interferencia de fondo y permite una alta sensibilidad en entornos biológicos complejos.
La necesidad de técnicas de diagnóstico rápidas, no invasivas y de alta precisión ha impulsado la aplicación de la luz natural en la medicina. Este proyecto se fundamenta en el uso de la bioluminiscencia y ensayos de luminiscencia para monitorizar procesos biológicos en tiempo real, tanto in vitro como in vivo.
La bioluminiscencia, basada en la detección de ATP, se utiliza para verificar la eficiencia de procesos de higienización, reduciendo riesgos de contaminación.
Se emplea en el estudio de patologías neurológicas como el Alzheimer y para marcar células tumorales, facilitando su destrucción y el desarrollo de fármacos oncológicos.
Se visitó el Laboratorio del Hospital Regional Tipo B de Alta Especialidad Bicentenario de la Independencia, donde se reunieron en las áreas de Autoinmunidad e Inmunología con la QFB. Andrea Flores Arcos y el QFB Héctor Aragón Aguilar. Donde ellos dejaron claro que “nosotros no andamos brillando con luz propia, por eso en estas pruebas fabricamos la luz”.
El presente proyecto surge del interés por investigar la luminiscencia ya que muchas personas en el mundo conocen la bioluminiscencia en las plantas y en los animales, por eso nos preguntamos si únicamente se puede observar en dichos momentos o se puede aplicar para encontrar beneficios en la salud.
El principal problema de no conocer la bioluminiscencia en la salud es la pérdida de herramientas diagnósticas y de investigación, así como técnicas no invasivas. No aprovecharla significa dificultar la detección temprana de enfermedades, la evaluación de la eficacia de medicamentos, el control de la higiene hospitalaria y la comprensión de nuevas terapias y métodos de diagnóstico.
Resultados demostrados en los laboratorios en el caso de limpieza:
Los pasos de un ensayo de bioluminiscencia de Adenosina Trifosfato (ATP), molécula energética presente en todas las células vivas. la cual sirve para monitorear la limpieza de una superficie, en este caso son:
Imagen 15. Toma de muestra bioluminiscente.
¿A quiénes se beneficia con el avance de lo logrado?
A todo el equipo médico que requiere esterilidad para trabajar, quirófanos, laboratorios clínicos y lo más importante para detectar enfermedades en las personas.
Si se conocen los beneficios de la bioluminiscencia en las terapias curativas en la salud, entonces cómo se puede beneficiar el tratamiento de las enfermedades y la salud de cada persona.
Identificar para qué ayuda o sirve la luminiscencia en la salud.
4. Educación de calidad.
13. Acción por el clima
¿Qué es la bioluminiscencia?
La bioluminiscencia es la producción y emisión natural de luz por organismos vivos a través de una reacción química entre la luciferina (una molécula emisora de luz) y la luciferasa (una enzima).
Este proceso se observa en muchos organismos, incluyendo más del 75% de las criaturas de las profundidades marinas e insectos comunes como las luciérnagas. Actualmente, se han identificado nueve luciferinas diferentes entre los 40 sistemas bioluminiscentes conocidos, cada una capaz de emitir luz en diferentes longitudes de onda, creando una variedad de colores de resplandor. Este proceso es altamente eficiente, ya que produce luz sin generar calor significativo, lo que lo convierte en un tema fascinante para la investigación científica y sus aplicaciones prácticas.
La quimioluminiscencia (emisión de luz por una reacción química) y la bioluminiscencia (luz producida por organismos vivos) son técnicas de alto valor en medicina, principalmente utilizadas para el diagnóstico clínico de alta sensibilidad, la imagen molecular en vivo y la investigación biomédica.
Tabla 1. Proceso Químico de la Bioluminiscencia.
Diferencias entre luminiscencia y quimioluminiscencia:
La luminiscencia es la emisión de luz por una sustancia sin ser calor, y la quimioluminiscencia es un tipo específico de luminiscencia donde la luz se produce por una reacción química, liberando energía en forma de fotones. La bioluminiscencia (luz de organismos vivos como luciérnagas) es un ejemplo natural de quimioluminiscencia, mientras que las barras luminosas son un ejemplo artificial de este fenómeno.
Luminiscencia
Quimioluminiscencia
Diferencia clave:
La quimioluminiscencia es una categoría dentro de la luminiscencia general. Toda quimioluminiscencia es luminiscencia, pero no toda luminiscencia es quimioluminiscencia.
La principal distinción es que la quimioluminiscencia se genera por una reacción química, mientras que la luminiscencia puede tener otras causas energéticas.
La bioluminiscencia, la emisión natural de luz por parte de los organismos vivos, ha cautivado la curiosidad humana durante siglos. Desde el fascinante brillo de las luciérnagas hasta las radiantes profundidades del océano, la bioluminiscencia es un fenómeno fascinante. Recientemente, esta maravilla natural ha descubierto un potencial revolucionario en el campo de la medicina, mejorando el diagnóstico, el seguimiento e incluso el tratamiento de diversas enfermedades. Estas aplicaciones médicas de la bioluminiscencia destacan su potencial para mejorar la atención médica.
Investigación documental
Para realizar la investigación documental se realizó consulta bibliográfica, aunque no encontramos información reciente, también en la biblioteca de medicina de la UNAM y electrónica, en algunas páginas de salud, donde encontramos la siguiente información:
La bioluminiscencia es una herramienta biotecnológica que apoya los objetivos de desarrollo sostenido al ofrecer fuentes de luz ecológicas y de bajo consumo, avances en la investigación médica y la salud y soluciones innovadoras para la vida urbana y la sostenibilidad.
¿Cuál es la forma y en qué condiciones se realiza?
La bioluminiscencia es una reacción enzimática. Una enzima acelera la reacción química al ayudar que el sustrato reacciones. La enzima se reutiliza en la reacción en vez de transformarse en otra molécula. La enzima en las reacciones bioluminiscentes es la luciferasa.
¿En qué nivel se logró la intención inicial del proyecto?
Desde la observación de los animales bioluminiscentes hasta el encontrar su aportación en la ciencia.
Aplicaciones de la bioluminiscencia en medicina
En el siglo XXI, las aplicaciones bioluminiscentes se limitan principalmente a la investigación de laboratorio que involucra modelos animales, como ratas, ratones y macacos rhesus. Estos modelos animales permiten a los investigadores estudiar procesos patológicos y probar nuevos tratamientos en un entorno controlado. Los cultivos celulares in vitro también se utilizan para investigar las respuestas celulares a diversos estímulos, lo que proporciona datos valiosos para estudios preclínicos. Si bien la bioluminiscencia aún no se ha aplicado ampliamente en la medicina humana, su potencial para el diagnóstico no invasivo y el monitoreo en tiempo real es prometedor para el uso clínico futuro.
La imagenología por bioluminiscencia (BLI) es una herramienta potente para visualizar procesos biológicos en vivo. Consiste en introducir células u organismos que expresan luciferasa en un sujeto, seguida de la administración de luciferina. La luz emitida se captura mediante cámaras sensibles, lo que permite a los investigadores monitorizar la actividad celular y molecular en organismos vivos. BLI es particularmente valioso para estudiar la expresión genética, las interacciones proteína-proteína y las vías celulares, ofreciendo información sobre los mecanismos de la enfermedad y las respuestas terapéuticas.
La bioluminiscencia ha mejorado la investigación médica, en particular la que utiliza las técnicas de imagen y detección mencionadas anteriormente.
Una aplicación destacada es la investigación del cáncer, donde los marcadores bioluminiscentes ayudan a visualizar y rastrear el crecimiento tumoral y la metástasis en animales vivos. Esto permite a los investigadores monitorizar la progresión de la enfermedad y evaluar la eficacia de los tratamientos en tiempo real.
La bioluminiscencia también se utiliza para detectar la tuberculosis (TB) y monitorear el estrés oxidativo en hombres infértiles, proporcionando herramientas de diagnóstico no invasivas y altamente sensibles.
Los ensayos de bioluminiscencia se utilizan ampliamente en el descubrimiento y desarrollo de fármacos. Ofrecen un método rápido y sensible para la detección de posibles fármacos candidatos midiendo sus efectos sobre los genes reporteros bioluminiscentes.
Estos ensayos pueden identificar compuestos que modulan vías biológicas específicas, acelerando la identificación de nuevos agentes terapéuticos. Además, la bioluminiscencia puede emplearse para monitorizar la distribución y la eficacia de fármacos en organismos vivos, lo que facilita el desarrollo de terapias dirigidas.
La bioluminiscencia también se emplea en terapia génica y biología molecular. Los investigadores utilizan marcadores bioluminiscentes para rastrear la expresión y regulación de genes en células y tejidos vivos.
Esta aplicación es crucial para el estudio de enfermedades genéticas y el desarrollo de terapias génicas. Por ejemplo, la imagen bioluminiscente permite a los científicos observar cómo se activan o desactivan los genes en respuesta a diferentes tratamientos, lo que proporciona información sobre la función y la regulación genética.
En el campo de las infecciones y la inmunología, la bioluminiscencia permite el seguimiento en tiempo real de la propagación de patógenos y la respuesta inmunitaria. Esto resulta especialmente útil en el estudio de infecciones causadas por bacterias y virus.
Las bacterias bioluminiscentes pueden utilizarse para monitorizar la progresión de infecciones y la eficacia de los tratamientos antimicrobianos. De igual forma, los marcadores bioluminiscentes ayudan a visualizar la actividad de las células inmunitarias, lo que facilita la comprensión de las respuestas inmunitarias a infecciones y enfermedades autoinmunes.
Factores de riesgo
La obtención de imágenes por bioluminiscencia se enfrenta a diversos desafíos técnicos, como la limitada penetración tisular y la sensibilidad a las condiciones ambientales. Pueden producirse falsos positivos y negativos debido a una detección inadecuada de la señal o a la interferencia de otros procesos biológicos.
La estandarización y validación de las técnicas de imágenes de bioluminiscencia para entornos clínicos es esencial para superar estas limitaciones y garantizar resultados precisos y confiables.
Investigación de campo
Asistimos al Hospital Regional B de alta Especialidad Bicentenario de la Independencia. ISSSTE en Tultitlán, Estado de México, México.
Nos permitieron ingresar a dos laboratorios. El primero fue el laboratorio de autoinmunidad, en el cual logramos ver cómo se aplica la bioluminiscencia en algunas áreas de la salud como ANCAS y de anticuerpos anti – ADN (principalmente anti ds DNA o de doble cadena) son anticuerpos que atacan el ADN propio, siendo un marcador clave para diagnosticar y monitorear enfermedades autoinmunes como el Lupus Eritematoso Sistémico (LES).
En el laboratorio de autoinmunidad pudimos observar esta imagen que muestra las células brillando en pruebas de autoinmunidad. En el laboratorio de autoinmunidad pudimos observar esta imagen que muestra las células brillando en pruebas de autoinmunidad.
En este vidrio venían diferentes células con luminiscencia.
En el microscopio pudimos observar este tipo de comportamiento en las células.
En el primer laboratorio visitado el Químico que nos atendió nos explicó sobre los tipos de bioluminiscencia, como se genera la bioluminiscencia artificialmente para realizar los tratamientos médicos y nos fue posible observar la bioluminiscencia en el microscopio. También nos explicaron cómo se conforma la célula bioluminiscente.
Esta imagen fue la que pudimos observar en el microscopio del laboratorio de autoinmunidad.
En el segundo laboratorio al que tuvimos acceso nos enseñaron una máquina la cual puede indicar que tipos de enfermedades tiene un paciente y que tan grave es.
Las imágenes que se muestran son pruebas de un perfil tiroideo, se aprecia en las fotos el color verde del tubo.
En el laboratorio de inmunología. Vimos el fundamento de quimioluminiscencia en pruebas como es el perfil tiroideo, el perfil hormonal, y el panel viral.
En el siglo XXI, las aplicaciones de la bioluminiscencia se limitan principalmente a la investigación de laboratorio con modelos animales como ratas, ratones y macacos rhesus.
Estos modelos de animales permiten a los investigadores estudiar los procesos de las enfermedades y probar nuevos tratamientos en un entorno controlado.
La tecnología CLIA (por sus siglas en inglés: Chemiluminescence Immunoassay) es una técnica avanzada que combina principios de inmunología con la detección por emisión de luz, para la realización de análisis clínicos de alta sensibilidad y especificidad. Se utiliza ampliamente en laboratorios para detectar y cuantificar sustancias como hormonas, mediante reacciones antígeno-anticuerpo en diferentes fluidos biológicos como suero, orina, entre otros.
La tecnología CLIA (por sus siglas en inglés: Chemiluminescence Immunoassay) es una técnica avanzada que combina principios de inmunología con la detección por emisión de luz, para la realización de análisis clínicos de alta sensibilidad y especificidad. Se utiliza ampliamente en laboratorios para detectar y cuantificar sustancias como hormonas, mediante reacciones antígeno-anticuerpo en diferentes fluidos biológicos como suero, orina, entre otros.
¿Cómo funciona la tecnología CLIA?
Ventajas de la prueba CLIA
Aplicaciones en el diagnóstico
La bioluminiscencia es una reacción química que involucra a la luciferina, una molécula emisora de luz, y a la luciferasa, una enzima
Es un método de bajo costo y fácil de implementar para estudiar los procesos biológicos en animales, incluyendo cáncer, infecciones y diabetes.
Una aplicación destacada se encuentra en la investigación del cáncer, donde los marcadores bioluminiscentes ayudan a visualizar y rastrear el crecimiento tumoral y la metástasis en animales vivos. esto permite a los investigadores monitorizar la progresión de la enfermedad y evaluar la eficacia de los tratamientos en tiempo real.
La bioluminiscencia también se utiliza para detectar la tuberculosis (TB) y controlar el estrés oxidativo en hombres infértiles.
Los ensayos clínicos de bioluminiscencia se utilizan ampliamente en el descubrimiento y desarrollo de fármacos. Proporcionan un método rápido y sensible para la selección de posibles fármacos candidatos mediante la medición de sus efectos sobre genes reporteros bioluminiscentes.
La bioluminiscencia también se emplea en terapia génica y biología molecular. Los investigadores utilizan marcadores bioluminiscentes para rastrear la expresión y regulación de genes dentro de células y tejidos vivos.
En el campo de la infección y la inmunología, la bioluminiscencia permite el seguimiento en tiempo real de la propagación de patógenos y la respuesta inmunitaria. Esto resulta útil para el estudio de infecciones causadas por bacterias y virus. Las bacterias bioluminiscentes monitorizan la progresión de las infecciones y la eficacia de los tratamientos.
