Estudo identifica sistema bioluminescente em mosquito que emite luz azul
Araras, Lagoa do Sino, Sorocaba, São Carlos
Em parceria com a UFSCar, resultados inéditos foram publicados em artigo na revista científica Scientific Reports, da Nature
Uma pesquisa analisou um novo sistema bioluminescente de dípteros, uma ordem de insetos que inclui, entre suas espécies, a mosca-doméstica e os mosquitos. O estudo focou o sistema bioquímico da larva do mosquito Orfelia funtoni, que emite luz azul, e ocorre unicamente em barrancos de riachos nos Montes Apalaches, no leste dos Estados Unidos, e que permanecia até agora pouco conhecido.
O trabalho é resultado de uma parceria entre o Laboratório de Bioquímica e Tecnologias Bioluminescentes, coordenado pelo professor Vadim Viviani, do Departamento de Física, Química e Matemática (DFQM-So) do Campus Sorocaba da Universidade Federal de São Carlos (UFSCar), e o laboratório do professor Carl Johnson, da Universidade de Vanderbilt, no estado do Tennessee, nos Estados Unidos.
A pesquisa, publicada na revista científica Scientific Reports, do grupo Nature, é um marco nos estudos de bioluminescência. Além de ajudar a elucidar a reação bioquímica que gera a luz nesses organismos, contribui para ampliar a potencialidade já bem conhecida de luciferases (enzimas capazes de catalisar a transformação de energia química em luminosa) e luciferinas (molécula responsável pela bioluminescência em alguns animais, fungos e algas), que podem ser aplicadas nas áreas biotecnológica, biomédica e ambiental, na forma de reagentes analíticos, biossensores e bioimagem. "Biossensores são dispositivos que envolvem um elemento biológico como uma proteína, uma enzima ou até uma célula, que reconhece moléculas com efeitos biológicos tais como cofatores metabólicos, agentes tóxicos, poluentes, entre outros, gerando um sinal físico quantificável - elétrico, óptico. No caso de biossensores bioluminescentes, o sinal físico produzido e detectado é a luz", detalha Viviani. Já a bioimagem por bioluminescência obtêm imagem em tempo real de processos biológicos e patológicos que ocorrem a nível celular, e pode ser utilizada para rastreamento de metástases, vírus (incluindo Covids), ou bactérias patogênicas em modelos animais, através da detecção da bioluminescência emitida.
"Nesse estudo, a luciferase e a luciferina dessa espécie foram purificadas e caracterizadas, e sua localização anatômica determinada. Com isso, será possível clonar a enzima luciferase e identificar a estrutura química da luciferina dessa subfamília de dípteros bioluminescentes de luz azul, bem como investigar as outras funções bioquímicas dessa nova luciferina denominada na pesquisa de 'keroplatina' em larvas de dípteros", resume Viviani, que aproveita para destacar a importância de proteger e investigar a biodiversidade das florestas brasileiras que trazem tantos benefícios à humanidade. "O conhecimento bioquímico e molecular obtido com esse tipo de larva de mosquito da família Keroplatidae também pode indiretamente ajudar a trazer informações importantes sobre a fisiologia de outros mosquitos, incluindo o Aedes aegypti que transmite dengue", complementa o pesquisador.
O primeiro estudo relacionado a essa espécie foi realizado em 2002 por Viviani, quando era pós-doutorando da Universidade de Harvard. "Entretanto, os estudos não progrediram desde então, porque o material biológico era escasso, já que a Orfelia só ocorre nos EUA", relembra o professor. O trabalho foi retomado em 2015, com o projeto aprovado pela chamada National Science Foundation (NSF) dos EUA e pela Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (Fapesp - chamada Universidade de Vanderbilt), que envolveu a colaboração dos laboratórios liderados por Viviani e Johnson. "Nos últimos anos, eu e meu pós-doutorando da UFSCar Danilo Amaral visitamos a Universidade de Vanderbilt e coletamos as larvas de Orfelia na Carolina do Norte. Trouxemos essas larvas para o laboratório da UFSCar, onde purificamos os componentes e fizemos a sua caracterização bioquímica.
Segundo Viviani, esse tipo de colaboração é bastante inédita, porque anteriormente pesquisadores estrangeiros vinham ao Brasil para coletar organismos da biodiversidade brasileira, e desenvolver os estudos bioquímicos e moleculares em instituições no exterior. "No caso dessa colaboração envolvendo esse trabalho desafiador, considerando a experiência do nosso laboratório, foi dado o crédito para investigarmos o material biológico oriundo dos Estado Unidos", afirma o docente.
A quantidade de luciferina retirada das larvas de Orfelia, entretanto, ainda era muito escassa para permitir estudos mais aprofundados com esse composto. "Esse problema foi resolvido recentemente pelo nosso grupo de pesquisa, que descobriu larvas de Neoditomiya sp em cavernas no parque Estadual Intervales. Curiosamente, embora essa espécie não seja bioluminescente, tem luciferina do tipo da Orfelia em seu corpo. Isso permitiu usar pela primeira vez usar larvas de Neoditomiya como fonte de luciferina, complementado os estudos com luciferase purificada a partir da Orfelia norte-americana", explica Viviani.
Além disso, a presença de luciferina tipo Orfelia em outras larvas não-luminescentes da subfamília Keroplatinae levou o grupo a sugerir que esse composto deve ter outras importantes funções bioquímicas nas larvas dessa subfamília, além da função de luciferina que gera luz, razão pela qual o pesquisador propôs o uso do nome "keroplatina" para esse tipo de composto.
Mais estudos
À essa parceria, juntou-se o pesquisador Bruce Branchini, da Universidade de Connecticut dos Estados Unidos, que contribuiu com a determinação das propriedades da luciferase. Já o professor Fabio C. Abdalla, do Departamento de Biologia (DBio-So) e coordenador do Laboratório de Biologia Estrutural e Funcional do Campus Sorocaba da UFSCar, mostrou onde a luciferina se localiza no interior do corpo das larvas, isto é, em corpúsculos negros associados a glândulas salivares. "Recentemente, em colaboração com Rafaela Falaschi e com o grupo de pesquisadores da Universidade de São Paulo, liderados pelo professor Cassius Stevani, e do Instituto de Pesquisas da Biodiversidade, descobrimos e descrevemos a primeira espécie bioluminescente de díptero no Brasil, o Neoceroplatus betharyiensis", relata o professor da UFSCar. A espécie é aparentada à Orfelia fultoni, e compartilha o mesmo sistema luciferina-luciferase, mas vive em troncos caídos na Mata Atlântica no Parque Estadual Turístico do Alto Ribeira (Petar), no estado de São Paulo. "Apesar disso, essa espécie não é tão abundante, o que pode dificultar a obtenção de material suficiente para identificar a luciferina", completa Viviani.
Os resultados da pesquisa foram recém-publicados na revista Scientific Reports, da Nature. Além de Viviani, Johnson, Branchini, Amaral e Abdalla, também assinam o artigo Jaqueline R. Silva, pós-doutoranda do laboratório coordenado por Viviani, e Vanessa R. Bevilaqua, doutoranda do Programa de Pós-Graduação em Genética Evolutiva e Biologia Molecular (PPGGEv) da UFSCar.
Sobre o laboratório
O Laboratório de Bioquímica e Tecnologias Bioluminescentes da UFSCar trabalha com bioluminescência, especialmente enzimas luciferases e é um dos líderes mundiais nesse tipo de pesquisa. Nos últimos 20 anos clonou genes de várias enzimas luciferases de vaga-lumes, tendo o maior banco de luciferases recombinantes do mundo e seus mutantes, além de caracterizar essas enzimas, sua estrutura molecular e sua função. Com esses conhecimentos, desenvolveu novas luciferases e seus genes repórteres (que conferem bioluminescência as células e tecidos) para finalidades de marcação bioluminescente de células e geração de biossensores intracelulares de pH e metais pesados. O laboratório conta com vários depósitos de patentes, algumas inclusive licenciadas e com produtos no mercado, desenvolvidas na época em que o professor Viviani trabalhou no Japão. Para saber mais sobre as atividades do laboratório, acesse www.biolum.ufscar.br.
O trabalho é resultado de uma parceria entre o Laboratório de Bioquímica e Tecnologias Bioluminescentes, coordenado pelo professor Vadim Viviani, do Departamento de Física, Química e Matemática (DFQM-So) do Campus Sorocaba da Universidade Federal de São Carlos (UFSCar), e o laboratório do professor Carl Johnson, da Universidade de Vanderbilt, no estado do Tennessee, nos Estados Unidos.
A pesquisa, publicada na revista científica Scientific Reports, do grupo Nature, é um marco nos estudos de bioluminescência. Além de ajudar a elucidar a reação bioquímica que gera a luz nesses organismos, contribui para ampliar a potencialidade já bem conhecida de luciferases (enzimas capazes de catalisar a transformação de energia química em luminosa) e luciferinas (molécula responsável pela bioluminescência em alguns animais, fungos e algas), que podem ser aplicadas nas áreas biotecnológica, biomédica e ambiental, na forma de reagentes analíticos, biossensores e bioimagem. "Biossensores são dispositivos que envolvem um elemento biológico como uma proteína, uma enzima ou até uma célula, que reconhece moléculas com efeitos biológicos tais como cofatores metabólicos, agentes tóxicos, poluentes, entre outros, gerando um sinal físico quantificável - elétrico, óptico. No caso de biossensores bioluminescentes, o sinal físico produzido e detectado é a luz", detalha Viviani. Já a bioimagem por bioluminescência obtêm imagem em tempo real de processos biológicos e patológicos que ocorrem a nível celular, e pode ser utilizada para rastreamento de metástases, vírus (incluindo Covids), ou bactérias patogênicas em modelos animais, através da detecção da bioluminescência emitida.
"Nesse estudo, a luciferase e a luciferina dessa espécie foram purificadas e caracterizadas, e sua localização anatômica determinada. Com isso, será possível clonar a enzima luciferase e identificar a estrutura química da luciferina dessa subfamília de dípteros bioluminescentes de luz azul, bem como investigar as outras funções bioquímicas dessa nova luciferina denominada na pesquisa de 'keroplatina' em larvas de dípteros", resume Viviani, que aproveita para destacar a importância de proteger e investigar a biodiversidade das florestas brasileiras que trazem tantos benefícios à humanidade. "O conhecimento bioquímico e molecular obtido com esse tipo de larva de mosquito da família Keroplatidae também pode indiretamente ajudar a trazer informações importantes sobre a fisiologia de outros mosquitos, incluindo o Aedes aegypti que transmite dengue", complementa o pesquisador.
O primeiro estudo relacionado a essa espécie foi realizado em 2002 por Viviani, quando era pós-doutorando da Universidade de Harvard. "Entretanto, os estudos não progrediram desde então, porque o material biológico era escasso, já que a Orfelia só ocorre nos EUA", relembra o professor. O trabalho foi retomado em 2015, com o projeto aprovado pela chamada National Science Foundation (NSF) dos EUA e pela Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (Fapesp - chamada Universidade de Vanderbilt), que envolveu a colaboração dos laboratórios liderados por Viviani e Johnson. "Nos últimos anos, eu e meu pós-doutorando da UFSCar Danilo Amaral visitamos a Universidade de Vanderbilt e coletamos as larvas de Orfelia na Carolina do Norte. Trouxemos essas larvas para o laboratório da UFSCar, onde purificamos os componentes e fizemos a sua caracterização bioquímica.
Segundo Viviani, esse tipo de colaboração é bastante inédita, porque anteriormente pesquisadores estrangeiros vinham ao Brasil para coletar organismos da biodiversidade brasileira, e desenvolver os estudos bioquímicos e moleculares em instituições no exterior. "No caso dessa colaboração envolvendo esse trabalho desafiador, considerando a experiência do nosso laboratório, foi dado o crédito para investigarmos o material biológico oriundo dos Estado Unidos", afirma o docente.
A quantidade de luciferina retirada das larvas de Orfelia, entretanto, ainda era muito escassa para permitir estudos mais aprofundados com esse composto. "Esse problema foi resolvido recentemente pelo nosso grupo de pesquisa, que descobriu larvas de Neoditomiya sp em cavernas no parque Estadual Intervales. Curiosamente, embora essa espécie não seja bioluminescente, tem luciferina do tipo da Orfelia em seu corpo. Isso permitiu usar pela primeira vez usar larvas de Neoditomiya como fonte de luciferina, complementado os estudos com luciferase purificada a partir da Orfelia norte-americana", explica Viviani.
Além disso, a presença de luciferina tipo Orfelia em outras larvas não-luminescentes da subfamília Keroplatinae levou o grupo a sugerir que esse composto deve ter outras importantes funções bioquímicas nas larvas dessa subfamília, além da função de luciferina que gera luz, razão pela qual o pesquisador propôs o uso do nome "keroplatina" para esse tipo de composto.
Mais estudos
À essa parceria, juntou-se o pesquisador Bruce Branchini, da Universidade de Connecticut dos Estados Unidos, que contribuiu com a determinação das propriedades da luciferase. Já o professor Fabio C. Abdalla, do Departamento de Biologia (DBio-So) e coordenador do Laboratório de Biologia Estrutural e Funcional do Campus Sorocaba da UFSCar, mostrou onde a luciferina se localiza no interior do corpo das larvas, isto é, em corpúsculos negros associados a glândulas salivares. "Recentemente, em colaboração com Rafaela Falaschi e com o grupo de pesquisadores da Universidade de São Paulo, liderados pelo professor Cassius Stevani, e do Instituto de Pesquisas da Biodiversidade, descobrimos e descrevemos a primeira espécie bioluminescente de díptero no Brasil, o Neoceroplatus betharyiensis", relata o professor da UFSCar. A espécie é aparentada à Orfelia fultoni, e compartilha o mesmo sistema luciferina-luciferase, mas vive em troncos caídos na Mata Atlântica no Parque Estadual Turístico do Alto Ribeira (Petar), no estado de São Paulo. "Apesar disso, essa espécie não é tão abundante, o que pode dificultar a obtenção de material suficiente para identificar a luciferina", completa Viviani.
Os resultados da pesquisa foram recém-publicados na revista Scientific Reports, da Nature. Além de Viviani, Johnson, Branchini, Amaral e Abdalla, também assinam o artigo Jaqueline R. Silva, pós-doutoranda do laboratório coordenado por Viviani, e Vanessa R. Bevilaqua, doutoranda do Programa de Pós-Graduação em Genética Evolutiva e Biologia Molecular (PPGGEv) da UFSCar.
Sobre o laboratório
O Laboratório de Bioquímica e Tecnologias Bioluminescentes da UFSCar trabalha com bioluminescência, especialmente enzimas luciferases e é um dos líderes mundiais nesse tipo de pesquisa. Nos últimos 20 anos clonou genes de várias enzimas luciferases de vaga-lumes, tendo o maior banco de luciferases recombinantes do mundo e seus mutantes, além de caracterizar essas enzimas, sua estrutura molecular e sua função. Com esses conhecimentos, desenvolveu novas luciferases e seus genes repórteres (que conferem bioluminescência as células e tecidos) para finalidades de marcação bioluminescente de células e geração de biossensores intracelulares de pH e metais pesados. O laboratório conta com vários depósitos de patentes, algumas inclusive licenciadas e com produtos no mercado, desenvolvidas na época em que o professor Viviani trabalhou no Japão. Para saber mais sobre as atividades do laboratório, acesse www.biolum.ufscar.br.
07/08/2020
13:00:00
14/08/2020
23:59:00
Denise Britto
Sim
Não
Estudante, Docente/TA, Pesquisador, Visitante
Estudo foca Orfelia bioluminescence, que emite luz azul (Foto: Acervo da pesquisa)
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