Evolução da bioluminescência

Uma descoberta realizada por pesquisadores brasileiros da Universidade Federal de São Carlor - UFSCar, abre caminho para o desenvolvimento de novos biomarcadores luminescentes, já tão largamente utilizados em diferentes áreas. O artigo com os resultados da pesquisa foi publicado na revista norte americana Biochemistry, da Associação Americana de Química (ACS, sigla em inglês).

Ela se deu a partir da detecção de uma enzima não luminescente, presente no sistema excretor da larva do besouro Zophobas morio, e da comparação com uma enzima da família das luciferases, que apresentam luminescência e são encontradas em diferentes espécies de insetos. Apesar dessa diferença, as duas proteínas parecem ter uma correlação evolutiva, mesmo que distante.

O objetivo principal do estudo foi encontrar que mecanismos bioquímicos foram responsáveis por tornar as enzimas não luminescentes em luminescentes. Umas das características verificadas pelos pesquisadores foi a de que, apesar de não possuir essa propriedade, ao ser misturada com a luciferina, a nova enzima passou a emitir pequena luminosidade.

No que se refere aos sistemas bioluminescentes de algumas espécies de insetos, pouco ou quase nada se sabe sobre a sua origem ao longo da evolução desses animais. Apesar de o mecanismo de bioluminescência envolver a oxigenação de uma luciferina, gerando um intermediário peroxídico, a natureza química das luciferinas, luciferases e cofatores participantes é bastante diferente entre os diversos seres vivos. Esse fato levou os cientistas a concluírem que  essa característica pode ter se originado de forma independe durante a evolução.

O que os cientistas já sabem, é que as luciferases presentes em alguns besouros estão ligadas à enzimas do tipo AMP-CoA-ligases que apesar de serem essenciais para todos os organismos, suas funções variam, dependendo do tecido, órgão ou organismo em que são encontradas, explicou à Agência Fapesp o professor e coordenador do grupo do Laboratório de Bioquímica e Biotecnologia de Sistemas Bioluminescentes da UFSCar, Vadim Viviani.

Para tentar desvendar como a nova função da enzima oxigenase luminogênica, originada de AMP-ligases, levou à formação de luciferases, os pesquisadores clonaram a luciferase do Z. morio e compararam com as encontradas em outras espécies de besouros, mostrando que a atividade da oxigenase pode ter surgido de uma reação estereo seletiva oxidativa com a D-luciferina.

Estudando essa classe de AMP-ligases, os cientistas descobriram na estrutura molecular dessas enzimas um mecanismo que as transforma em luciferases luminosas e qual aminoácido deve ser substituído para que a enzima emita luz em uma intensidade suficiente para ser considerada luminescente. A partir dessa informação, eles conseguiram produzir uma nova luciferase de cor laranja originada de uma AMP-ligase.

A descoberta tem grande utilidade em diferentes áreas científicas, como por exemplo na produção de biossensores luminosos utilizados na agricultura para descobrir se um inseto é resistente a um defensivo agrícola específico, ou ainda como biomarcadores para a detecção de células patogênicas, infecções entre outras aplicações.