Luciferases para fins biotecnológicos

 Uma característica evolutiva conhecida como bioluminescência, presente em muitos insetos, pode se tornar um importante instrumento com finalidade bioanalítica nas áreas médica, biotecnológica e ambiental. Ela se caracteriza pela emissão de luz fria e visível por organismos vivos, tais como bactérias, fungos, algas, celenterados, moluscos, artrópodes e peixes. A principal função é de comunicação biológica. 

Sua ocorrência se deve a um conjunto de reações químicas altamente exotérmicas, catalisadas por enzimas, nas quais a energia das ligações químicas de compostos orgânicos é convertida preferencialmente em luz visível.  Nestas reações, moléculas genericamente denominadas de luciferinas sofrem o processo de oxidação, produzindo moléculas eletronicamente excitadas que decaem emitindo luz. Estas reações são catalisadas por enzimas chamadas de luciferases.

A bioluminescência pode servir como um ótimo bioindicador desde o nível molecular até o nível ambiental, e como excelente reagente bioanalítico e marcador celular de expressão gênica. O uso dessas substâncias em diferentes áreas científicas está sendo realizado por pesquisadores da Universidade Federal de São Carlos (UFSCar), campus de Sorocaba e os resultados do estudo podem ser encontrados na edição de abril da revista Photochemical and Photobiological Sciences.

O estudo atual teve como embasamento os dados obtidos em pesquisas realizadas anteriormente pelo mesmo grupo de cientistas, na qual foram clonadas e isoladas várias enzimas do grupo das luciferases de besouros das espécies brasileiras, Phrixotrix hirtus, Pyrearinus termitilluminans, Macrolampis e Cratomorphus distinctusn, que produzem respectivamente, luz vermelha, verde-azulada e pH-sensitivas.

Utilizando essas enzimas, os cientistas realizaram a mutagênese sítio-dirigida, modelagem, e estudos funcionais, o que permitiu a eles demonstrar que o loop entre os resíduos 223-235 desempenha um papel essencial na determinação dos espectros de bioluminescência. Eles verificaram que a interação deste loop com os resíduos E311 e R337, são aparentemente responsáveis pela manutenção de uma conformação apropriada dos sítio-ativos das luciferases, responsável pela emissão de luz verde-amarela. O que os pesquisadores ainda não conseguiram determinar, é quais dos resíduos estão relacionados especificamente com as mudanças de aspectos de bioluminescência e com a sensibilidade ao pH.

Por meio da caracterização físico-química destas enzimas, além da mutagênese sítio-dirigida, modelagem e da caracterização físico-química dessas enzimas, os pesquisadores pretendem identificar os resíduos importantes para as cores de bioluminescência nas luciferases das três espécies de besouros. Outro objetivo é o de realizar a estabilização destas proteínas quanto à temperatura e cinética, por meio da mutagênese sítio-dirigida e randômica, de forma a torná-las mais apropriadas para fins biotecnológicos. Por fim, eles pretendem também determinar as suas estruturas tridimensionais.