La Melanina

Dr. Guillermo Gosset Lagarda / Esta dirección de correo electrónico está protegida contra spambots. Usted necesita tener Javascript activado para poder verla.
Instituto de Biotecnología-UNAM
Archivo: Biotecnología

La melanina es el pigmento natural que se encuentra en la piel, cabello y el iris de los ojos. Su función principal en el ser humano es proporcionar protección contra el efecto dañino de los rayos ultravioleta (UV) de la luz solar. El nombre melanina se deriva de la palabra griega “melanos” que significa “oscuro”. Este pigmento es producido por acción de una proteína llamada tirosinasa. Esta es una enzima, es decir, una proteína con la capacidad de acelerar una reacción química, que en este caso se trata de la conversión del aminoácido tirosina en melanina. Además del humano, la mayoría de los animales, algunas plantas y bacterias pueden producirla. En estos organismos, la melanina cumple funciones adicionales a la protección contra la luz UV. En algunos reptiles, la coloración proporcionada por este pigmento les ayuda a confundirse con su entorno y así evitar ser detectados por sus predadores. Por otro lado, se ha encontrado que en insectos la formación de melanina tiene un papel antibiótico que los protege en caso de heridas. En el calamar, la tinta que produce para escapar de sus enemigos esta constituida principalmente por melanina.

Diversos estudios sobre la melanina han permitido establecer que tiene la capacidad de absorber un amplio rango de radiaciones electromagnéticas que incluyen desde la luz visible (por esto su color es oscuro), pasando por la luz UV y llegando hasta los llamados rayos x. Por otro lado, se ha reportado que tiene la capacidad de unir átomos de diferentes metales. También puede conducir electricidad, debido a esta propiedad, se le considera un semiconductor. Finalmente, se ha determinado que posee actividades antioxidantes y antivirales. Todas estas propiedades hacen de la melanina un material atractivo para ser utilizado en diferentes aplicaciones.

En este momento, ya se pueden encontrar varios productos comerciales que contienen a la melanina como ingrediente activo. Entre ellos se encuentran cremas que funcionan como filtros solares para la protección contra la luz UV. También se utiliza en cosméticos para desvanecer defectos o secuelas de enfermedades dérmicas como el vitiligo. Por otro lado, la incorporación de la melanina a materiales plásticos, ha permitido la producción de lentes oscuros para sol con la capacidad de bloquear la luz UV. Otra aplicación muy especializada es su utilización para recubrir el interior de lámparas fluorescentes. Con esto se evita totalmente el escape de luz UV, lo que normalmente ocurre en un bajo nivel en este tipo de lámparas. Este tratamiento evita que se puedan dañar objetos en museos o bibliotecas. En el campo médico, se ha demostrado que la melanina puede ser ingerida por pacientes, funcionando como medio de contraste en estudios de rayos x del sistema digestivo.

Se espera que en el futuro próximo puedan aparecer nuevas aplicaciones y productos basados en la melanina, lo cual incrementará la demanda para este pigmento. Existen varias fuentes naturales y métodos para obtenerla. La extracción a partir de tejidos de origen animal o vegetal es una opción de bajo costo para su obtención. Sin embargo, una gran desventaja de este método es que el producto obtenido generalmente tiene una baja pureza y su composición puede variar en cada lote. Por otro lado, este producto también se puede generar por métodos químicos, lo que garantiza su pureza, pero a un costo muy alto. Por esta razón, desde ya algunos años, diversos grupos de investigación han explorado métodos alternativos para poder obtener este pigmento con alta pureza y a un costo relativamente bajo. Algunos microorganismos tienen la capacidad natural para producir melanina. Sin embargo, no es sencillo o económicamente viable cultivarlos para fines de producción. Por otro lado, existen otras especies de microbios que son utilizados por la industria para producir diversos compuestos de interés. Esto incluye a levaduras y algunas bacterias. Entre éstas se encuentra Escherichia coli (E. coli), una bacteria que normalmente habita en el intestino del humano. E. coli puede ser considerado el organismo del cual tenemos el mayor conocimiento sobre su genética y bioquímica.

E. coli es una bacteria que puede ser cultivada fácilmente en un laboratorio o a un nivel de producción industrial. Sin embargo, carece de la capacidad para producir melanina. Esto es así porque no produce la enzima tirosinasa, debido a que no contiene la información genética para sintetizarla. Las bacterias (y todos los demás seres vivos) tienen su información genética almacenada en una o más moléculas de ácido desoxirribonucleico, frecuentemente abreviado ADN. Esta información se encuentra representada por genes, que son segmentos dentro de la cadena de ADN. En su gran mayoría, cada gene posee la información para que la célula pueda sintetizar una proteína específica. En E. coli se ha determinado que su ADN contiene 4 mil 288 genes que pueden dar lugar a la síntesis de un número igual de diferentes proteínas.


Desafortunadamente para nuestro interés, ninguna de las 4 mil 288 proteínas es la enzima tirosinasa que se requiere para sintetizar la melanina. ¿Cómo lograr que E. coli sintetice melanina si carece de la enzima tirosinasa? La solución a este problema la ofrece la ingeniería genética. Esta disciplina consiste en un conjunto de métodos experimentales que permiten al investigador transferir genes de un organismo a otro, así como modificar directamente la información presente en el ADN. El primer paso para lograr que E. coli sintetice la melanina consistió en identificar a un donador del gene para la tirosinasa. Los candidatos donadores eran algunas de las especies de bacterias que naturalmente producen melanina, ya que esto indicaba que contenían la enzima tirosinasa y por lo tanto, poseían el gene respectivo. Se eligió utilizar a la bacteria del suelo Rhizobium etli (R. etli) como donadora, ya que estudios previos habían determinado que poseía el gene melA, el cual contiene la información para la síntesis de la tirosinasa. Utilizando los métodos de la ingeniería genética, se extrajo el gene de R. etli y se insertó a E. coli. El resultado de este experimento puede verse en la figura que acompaña este texto. En el lado izquierdo se presenta una colonia de E. coli sin modificar, en tanto que del lado derecho se muestra una colonia de E. coli modificada por ingeniería genética que ha recibido el gene melA de R. etli. El color obscuro se debe a la síntesis de melanina. A partir de la colonia de E. coli que contiene el gene de la tirosinasa, se han realizado cultivos en medios líquidos donde se logró que se sintetizara melanina a una concentración de 6 gramos por litro. Estos resultados son los primeros pasos que permitirán desarrollar procesos industriales para la síntesis de melanina por bacterias y así satisfacer la demanda para aplicaciones presentes y futuras.


Guillermo Gosset Lagarda es biólogo por la Escuela de Biología de Guadalajara, Jalisco, México. Cuenta con la maestría en Investigación Biomédica Básica, el doctorado en Biotecnología. Gosset Lagarda obtuvo mención honorífica por su examen de maestría y la medalla "Gabino Barreda" por mejor promedio en estudios de Maestría.