Photinus pyralis. FONTE: Fireflys.
Você já parou para se perguntar por que os vagalumes brilham? Eles começam a brilhar quando ainda estão no estágio larval (como um aviso de que são tóxicos) e continuam brilhando durante toda a vida, de acordo com estímulos externos, e em padrões e cores (do vermelho ao verde) que variam de espécie para espécie.
Esse fenômeno é conhecido como bioluminescência, um tipo especial de quimioluminescência catalisada por enzimas como a luciferase, resultante de oxidações de compostos como a luciferina, nas quais a energia é liberada preferencialmente na forma de luz visível. Para a oxidação das luciferinas, que ocorre em células chamadas fotócitos, é necessária a presença da luciferase, adenosina trifosfato (ATP) e íons magnésio. Como produto, temos a emissão de luz e a formação a oxiluciferina (que pode ser restaurada em luciferina para ser usada novamente).
Esquema simplificado da reação de oxidação da luciferina. FONTE: A química do vagalume.
Além dos insetos, alguns animais marinhos (principalmente os das profundezas do oceano), bactérias, cogumelos e algas também possuem a capacidade de emitir luz. Mas e então, como podemos usar esse fenômeno ?
Na década de 50 foi feita a primeira purificação de luciferase e luciferina, desde então diversas aplicações envolvendo quantificação de ATP (como monitoramento de biomassa e avaliação de viabilidade celular) surgiram, mas foi após a clonagem do gene da luciferase de vagalumes (LUC) que uma ampla gama de aplicações foi possível.
O gene LUC pode ser utilizado como gene repórter para diversas aplicações, desde ensaios in vitro até biossensores. O gene repórter é aquele cujo promotor é ativado na presença de um determinado sinal, ativando a expressão deste componente e possibilitando sua quantificação, como mostrado na figura abaixo.
Gene LUC como gene repórter. FONTE: ThermoFisher
- Ensaios de expressão gênica
O gene LUC pode ser usado, por exemplo, para a análise de expressão de promotores, como foi feito no trabalho de Williams et al., que, já no século passado, publicou um artigo onde utilizava LUC para avaliar o promotor da interleucina-2, de difícil detecção devido à sua baixa expressão. O sistema LUC é altamente sensível e rápido, o que possibilita uma otimização nos estudos desse tipo, principalmente quando o alvo é fracamente expresso.
- Biossensores
Através da utilização de LUC como gene repórter, pode-se também obter biossensores luminescentes modificando bactérias para que passem a expressar esse gene frente a um contaminante específico. Como exemplo, pesquisadores da Universidade Federal do Rio de Janeiro (UFRJ) desenvolveram uma bactéria (Escherichia coli) geneticamente modificada para produzir luciferase quando exposta ao mercúrio, respondendo quantitativamente ao metal na forma biodisponível através da bioluminescência.
Esse tipo de biossensor auxilia na tomada de decisões e acompanhamento da biorremediação de um determinado local, fornecendo informações importantes como a quantidade do composto ali presente em um curto espaço de tempo e com fácil observação.
- Testes antivirais
Outra aplicação é a utilização de LUC para monitoramento de testes antivirais de forma mais rápida e simples, sem perder a eficácia e confiabilidade. Para isso, pode-se clonar o gene LUC no genoma viral e transfectar células susceptíveis a este vírus. Assim, a replicação do genoma viral pode ser mensurada pela bioluminescência e, a partir disso, pode-se monitorar a supressão da replicação por potenciais inibidores, como feito por Oliveira et al. (2011).
Além destas, pode-se citar ainda a utilização para indicação de transformação celular, marcação e visualização em tempo real de células e tecidos, estudo de disseminação de patógenos, como forma de controle de limpeza em superfícies hospitalares (com algumas controvérsias, link aqui), e como marcadores sensíveis em células cancerígenas, que auxiliam no estudo e detecção de metástases em fase inicial.
Planta geneticamente modificada expressando LUC como indicador de transformação. FONTE: Nature.
Além da clonagem, a engenharia genética permite o desenvolvimento de luciferases mais estáveis e com diferentes comprimentos de onda para serem empregadas em novas aplicações biomédicas e biotecnológicas. Essa vertente vem crescendo cada vez mais, tendo em vista o grande potencial dessa enzima, e certamente continuará a possibilitar avanços extraordinários no campo da biologia molecular.
Se você se interessou pelas informações que trouxemos sobre essa enzima responsável pelos pontinhos brilhantes no céu das florestas e campos, compartilhe o texto nas redes sociais e não deixe de acompanhar o nosso blog!
Bioluminescência de vagalumes em uma floresta de Okayama, Japão. FONTE: Hiramatsu, T .
REFERÊNCIAS:
ADAMS, Spencer T. et al. Firefly Luciferase Mutants Allow Substrate‐Selective Bioluminescence Imaging in the Mouse Brain. Angewandte Chemie International Edition, v. 55, n. 16, p. 4943-4946, 2016. Disponível em: http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.201511350/full
BECHARA, Etelvino JH; VIVIANI, Vadim R. Luzes Vivas na Escuridão: Fatos e Casos. Revista Virtual de Química, v. 7, n. 1, p. 3-40, 2014. Disponível em: http://rvq.sbq.org.br/index.php/rvq/article/viewArticle/934
OLIVEIRA, Adriana Cristina de; VIANA, Roberta El Hariri. Adenosina trifosfato bioluminescência para avaliação da limpeza de superfícies: uma revisão integrativa. Revista Brasileira de Enfermagem, v. 67, n. 6, p. 987-993, 2014. Disponível em: http://www.scielo.br/scielo.php?pid=S0034-71672014000600987&script=sci_abstract
VIVIANI, V. R. Luciferases de vagalumes. Biotecnologia e Desenvolvimento,(37), p. 8-19, 2007. Disponível em: http://biotecnologia.com.br/revista/bio37/luciferases.pdf
