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Uma nova aplicação para as luciferases

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Um extenso trabalho desenvolvido por pesquisadores da Universidade de São Carlos (UFSCar) vem descobrindo um grande leque de aplicações biotecnológicas nas áreas da saúde e ambiental, das enzimas chamadas luciferases, provenientes de diferentes espécies de vagalumes.

Em 2011, a Biotec AHG noticiou e destacou o estudo do mesmo grupo no qual os cientistas pesquisaram a utilização dessas substâncias como marcador celular de expressão gênica.

Recentemente, os resultados de uma pesquisa realizada pela equipe foram publicados em um artigo na edição online do dia 24 de setembro de 2014 da revista Photochemical and Photobiological Sciences. Nesse estudo, sob a orientação do coordenador do Laboratório de Bioquímica e Biotecnologia de Sistemas Bioluminescentes da UFSCar, Vadim Viviani, a equipe de pesquisadores, demonstrou a possibilidade de utilização de enzimas luciferases de vagalumes Macrolampis sp2 como indicadores de pH intracelular em bactérias.

De ocorrência predominante em organismos marinhos, essas enzimas aparecem também no ambiente terrestre, principalmente na classe dos insetos, que é a mais rica em espécies bioluminescentes. A luciferase é encontrada em cerca de 2000 espécies das ordens Diptera, Collembola e principalmente Coleoptera. Elas são classificadas como enzimas oxidativas e ligadas ao processo de bioluminescência.

Os estudos anteriores mostraram que luciferases de vagalumes mudam a cor da bioluminescência do verde-amarelo para o vermelho em pH ácido, sob altas temperaturas ou na presença de metais pesados. Segundo informou o professor Viviani à Agência FAPESP, a equipe de cientistas conseguiu demonstrar que a razão entre a intensidade de luz vermelha e luz verde pode ser efetivamente utilizada para indicar o pH intracelular em bactérias.

No artigo os pesquisadores explicam que essas enzimas podem ser classificadas, de acordo com a função que exercem, em pH-sensitivas – encontradas nos lampirídeos (insetos coleópteros de abdômen fosforescente) –, cujo espectro é deslocado para o vermelho em pH ácido, na presença de metais pesados como cobre e zinco e em altas temperaturas, e as pH-insensitivas – nos fengodídeos e elaterídeos –, cujo espectro não é afetado por estes fatores.

Devido às suas características, as pesquisas se concentraram no estudo das luciferases pH-sensitivas, sendo, atualmente,  as mais utilizadas como reagentes bioanalíticos e como genes repórter para estudos de expressão gênica, biossensores e marcação celular.

Além das células bacterianas, os cientistas querem buscar novos caminhos para a utilização da luciferase do Macrolampis sp2 como indicador de pH em outras células, como as de mamíferos, por exemplo. Esse avanço seria um passo importante no acompanhamento de alterações de pH, associadas a processos patológicos como o desenvolvimento de neoplasias, inflamações, acidose e apoptose (morte celular programada).

Mesmo com as descobertas feitas sobre as características das luciferases, um fator importante ainda permanece desconhecido, a origem estrutural das sensibilidades ao pH. Outro ponto importante observado pelos pesquisadores foi de que esta sensibilidade tem sido considerada uma propriedade indesejável, pois alguns fatores intracelulares podem reduzir a eficiência de emissão de luz verde.

Clonada do Macrolampis em 2005, a luciferase possui um espectro muito sensível a pH e outros fatores, diante disso, os pesquisadores sugeriram a utilização da sensibilidade espectral desta enzima como possível indicador de mudanças intracelulares de pH e cátions, fato que culminou no depósito da primeira patente que utiliza a sensibilidade espectral para finalidades analíticas.

A proposta do grupo da UFSCar é de utilizar a luciferase de Macrolampis, e outras pH-sensitivas, que foram clonadas pela equipe, para identificar os determinantes estruturais da sensibilidade ao pH, e investigar a aplicabilidade tecnológica desta propriedade. A partir daí, buscar o desenvolvimento de biossensores celulares e intracelulares para detecção de metais pesados e mudanças de pH.

10/02/2015
Arlei Maturano - Equipe Biotec AHG
 

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