Retinas cultivadas en el laboratorio explican por qué los humanos vemos en colores y los perros no

Investigadores descubren cómo los seres humanos generan células especializadas que les permiten ver millones de colores. El hallazgo ha sido posible con retinas humanas cultivadas en una placa de Petri.

Por Roberto Molar Candanosa

Imagen conceptual generada por LimeWire AI Studio.

Utilizando retinas humanas cultivadas en una placa de Petri, los investigadores han descubierto cómo una rama de la vitamina A genera las células especializadas que permiten a las personas ver millones de colores, una capacidad que perros, gatos y otros mamíferos no poseen.

"Estos organoides retinianos nos han permitido estudiar por primera vez este rasgo tan específico del ser humano, explica Robert Johnston, profesor de Biología en la Universidad Johns Hopkins (EE. UU.). Y añade —: Es una gran pregunta sobre lo que nos hace humanos, lo que nos hace diferentes".

Los hallazgos, publicados en PLOS Biology, aumentan la comprensión del daltonismo —cualquier desviación de la visión del color respecto a la visión del color tricromática normal —, la pérdida de visión relacionada con la edad y otras enfermedades vinculadas a las células fotorreceptoras del ojo. También demuestran cómo los genes ordenan a la retina humana fabricar células específicas que detectan el color, un proceso que los científicos creían que estaba bajo el control de las hormonas tiroideas.

Al modificar las propiedades celulares de los organoides, el equipo de investigación descubrió que una molécula derivada de la vitamina A llamada ácido retinoico determina si un cono se especializará en detectar la luz roja o la verde. Solo los seres humanos con visión normal y los primates estrechamente relacionados con ellos desarrollan el sensor rojo.

Los conos rojos y el ácido retinoico.

Durante décadas, los científicos pensaron que los conos rojos se formaban a través de un mecanismo de lanzamiento de una moneda en el que las células se comprometían al azar a detectar longitudes de onda verdes o rojas, y las investigaciones del equipo de Johnston insinuaron recientemente que el proceso podría estar controlado por los niveles de hormona tiroidea. En cambio, los nuevos hallazgos sugieren que los conos rojos se materializan a través de una secuencia específica de eventos orquestados por el ácido retinoico dentro del ojo.

Una sección de una retina humana. Las líneas de puntos representan un cono verde individual (en azul) y un cono rojo (en rosa).

El equipo descubrió que los niveles altos de ácido retinóico en el desarrollo temprano de los organoides se correlacionaban con proporciones más altas de conos verdes. De manera similar, los niveles bajos de ácido cambiaron las instrucciones genéticas de la retina y generaron conos rojos más adelante en el desarrollo.

"Todavía puede haber algo de aleatoriedad en esto, pero nuestro gran hallazgo es que el ácido retinoico se produce en una etapa temprana del desarrollo, comenta Johnston. Y añade —: Este momento es realmente importante para aprender y comprender cómo se forman estos conos".

Los conos verdes y rojos son muy parecidos, salvo por una proteína llamada opsina, que detecta la luz e indica al cerebro qué colores se ven. Diferentes opsinas determinan si un cono se convertirá en un sensor verde o rojo, aunque los genes de cada sensor siguen siendo idénticos en un 96%. Con una técnica innovadora que detectó esas sutiles diferencias genéticas en los organoides, el equipo realizó un seguimiento de los cambios en la proporción de conos a lo largo de doscientos días.

"Como podemos controlar en los organoides la población de células verdes y rojas, nos es factible hacer que el conjunto sea más verde o más rojo", explica la autora Sarah Hadyniak, que realizó la investigación como estudiante de doctorado en el laboratorio de Johnston y ahora trabaja en la Universidad Duke. Y añade: "Eso tiene implicaciones para averiguar exactamente cómo actúa el ácido retinoico sobre los genes".

Imagen conceptual generada por DALL-E 2 de Microsoft Bing.

Los investigadores también cartografiaron las proporciones muy variables de estas células en las retinas de setecientos adultos. Ver cómo cambiaban las proporciones de conos verdes y rojos en los humanos fue uno de los hallazgos más sorprendentes de la nueva investigación, afirma Hadyniak.

Los científicos aún no comprenden del todo cómo la proporción de conos verdes y rojos puede variar tanto sin afectar a la visión de una persona. Si estos tipos de células determinaran la longitud de un brazo humano, las diferentes proporciones producirían longitudes de brazo asombrosamente diferentes, según Johnston.

Para comprender mejor enfermedades como la degeneración macular, que provoca la pérdida de células sensibles a la luz cerca del centro de la retina, los investigadores colaboran con otros laboratorios del Johns Hopkins. El objetivo es profundizar en el conocimiento de cómo los conos y otras células se conectan con el sistema nervioso.

"La esperanza futura es ayudar a las personas con estos problemas de visión, dice Johnston. Y añade —: Va a pasar un tiempo antes de que eso ocurra, pero el mero hecho de saber que podemos fabricar estos diferentes tipos de células es muy, muy prometedor".

• Información facilitada por la Universidad Johns Hopkins

• Fuente: Hadyniak SE, Hagen JFD, Eldred KC, Brenerman B, Hussey KA, McCoy RC, et al. Retinoic acid signaling regulates spatiotemporal specification of human green and red cones. PLoS Biol (2024). DOI: https://doi.org/10.1371/journal.pbio.3002464