Se Descubre que las Mitocondrias de las Células Fotorreceptoras Enfocan la Luz y Funcionan como una Microlente Óptica

Por: William Brown, Biofísico de Resonance Science Foundation

Las mitocondrias son más conocidas como los orgánulos productores de energía de la célula, que producen energía química a través de la producción de ATP en todas las especies eucariotas. Sin embargo, las mitocondrias tienen un papel mucho más amplio que el de simples centros de producción de energía en la célula y desempeñan funciones críticas en una serie de procesos que van desde el control del destino celular a través de la muerte celular programada (llamada apoptosis) -central para la morfogénesis de los tejidos y la regulación antitumoral- hasta la regulación de la expresión génica (a través de la modulación de las concentraciones de metabolitos como el AMP cíclico), por nombrar sólo algunos de los multitudinarios procesos celulares en los que participa este dinámico orgánulo.

Debido a su naturaleza ancestral como endosimbionte, las mitocondrias son extremadamente activas dentro de las células e incluso se ha descrito que exhiben comportamientos sociales [1] -indicando altos niveles de procesamiento de información compleja con intercomunicación y coordinación de la actividad [2]- hasta el punto de que la socialidad de las mitocondrias determina los resultados conductuales y funcionales dentro y entre los tejidos, afectando a todos los aspectos de la salud y la vitalidad. Un ejemplo especialmente destacado es el efecto directo de las redes intercelulares mitocondriales en el cerebro, que tienen efectos directos y regulan el comportamiento y la cognición [3].

En nuestra investigación en Resonance Science Foundation sobre la biofísica celular, uno de los papeles funcionales que propusimos para las mitocondrias dentro de la célula es la generación de luz altamente coherente (bio-lasing (bioláser), funcionalidad de acoplamiento con el campo electromagnético cuantizado), y la canalización de tales fotones coherentes, dando a las mitocondrias propiedades de resonadores ópticos / guías de onda dentro y entre las células. Ahora, un estudio publicado en la revista Science Advances ha observado y caracterizado directamente tales funciones de guía de luz de las mitocondrias [4], señalando el camino hacia la verificación de un postulado clave en nuestra investigación sobre las mitocondrias y la biofísica de la célula:

Esta coherencia óptica cuántica dará lugar a la bioláser, o transmisión de fotones coherentes similar a la del láser... donde las mitocondrias actúan como guías de ondas ópticas que facilitan la transmisión de fotones. Los fotones, al ser absorbidos, modulan las propiedades electrónicas de las biomoléculas, lo que provoca un efecto funcional directo. Además, la interferencia coherente de las fuentes citoplásmicas dará lugar a un procesamiento de información holográfico, en el que los patrones de interferencia holográficos pueden almacenarse en las bicapas de fosfato de las membranas durante cortos periodos de tiempo, o bien grabarse en los microtúbulos y filamentos de actina. Nos referimos a esto como la red de procesamiento de información holográfica celular. Además de ser una fuente posiblemente importante de señalización de información coherente basada en la óptica y del almacenamiento de memoria holográfica… [5]

El estudio, realizado por investigadores del Instituto Nacional del Ojo (NEI, que forma parte del Instituto Nacional de la Salud) y dirigido por el investigador principal, Wei Li, descubrieron que las mitocondrias de los fotorreceptores de la retina tienen una doble función, la de generar energía para el proceso de fototransducción (envío de las señales eléctricas generadas por los fotones al cerebro), y una función de procesamiento óptico directo que funciona como auténticas microlentes. Anteriormente, la posición de las mitocondrias en las células fotorreceptoras de los conos desconcertaba a los investigadores, ya que las mitocondrias formaban haces apretados sobre los centros de fotorrecepción, lo que parecería dispersar y bloquear los fotones entrantes. Sin embargo, lejos de dispersar la luz, el estudio observó directamente que los haces mitocondriales actuaban como guías de ondas ópticas, enfocando la luz y facilitando su transporte a los segmentos fotorreceptores de las células de los conos de la retina.

_{Imagen superior, representación esquemática de un cono fotorreceptor de la retina, que muestra la ubicación aproximada de los haces mitocondriales sobre el segmento externo, donde tiene lugar la fotorrecepción y la transducción. La imagen inferior es una imagen de microscopio en vivo de las mitocondrias en tiempo real, cada fotorreceptor de cono de mamífero puede tener efectivamente su propia microlente derivada de las mitocondrias.}

El estudio es una confirmación rotunda de las propiedades ópticas de las mitocondrias y de su papel en la canalización y dirección de la luz en capacidades funcionales altamente controladas, tal y como las describimos en nuestro estudio, funcionando como guías de ondas ópticas para la emisión de luz estimulada coherente dentro de la célula. Serán necesarios más experimentos e investigaciones para determinar si esta función óptica de las mitocondrias se da de forma más generalizada en otros tipos de tejidos, además de las células de la retina. El estudio de Wei Li en el NEI y los nuevos conocimientos sobre el papel óptico de las mitocondrias de los conos, tendrán implicaciones clínicas inmediatas, ya que la metodología puede emplearse para identificar los déficits específicos de las mitocondrias en la óptica de los fotorreceptores que conducen a patologías degenerativas maculares y enfermedades de la retina.

Referencias

[1] M. Picard and C. Sandi, “The social nature of mitochondria: Implications for human health,” Neuroscience & Biobehavioral Reviews, vol. 120, pp. 595–610, Jan. 2021, doi: 10.1016/j.neubiorev.2020.04.017.

[2] A. E. Vincent, D. M. Turnbull, V. Eisner, G. Hajnóczky, and M. Picard, “Mitochondrial Nanotunnels,” Trends in Cell Biology, vol. 27, no. 11, pp. 787–799, Nov. 2017, doi: 10.1016/j.tcb.2017.08.009.

[3] Ayelet Rosenberg, Manish Saggar, Peter Rogu, Aaron W. Limoges, Carmen Sandi, Eugene V. Mosharov, Dani Dumitriu, Christoph Anacker, Martin Picard, “Mouse brain-wide mitochondrial connectivity anchored in gene, brain, and behavior, “bioRxiv preprint doi: https://doi.org/10.1101/2021.06.02.446767; this version posted June 3, 2021

[4] “Mitochondria in cone photoreceptors act as microlenses to enhance photon delivery and confer directional sensitivity to light,” SCIENCE ADVANCES, p. 14, 2022.

[5] W. Brown, “Unified Physics and the Entanglement Nexus of Awareness,” NeuroQuantology, vol. 17, no. 7, pp. 40–52, Jul. 2019, doi: 10.14704/nq.2019.17.7.2519.