Descubren una sustancia bioluminiscente en larvas de mosquitos brasileños

La identificación del primer insecto díptero en el Neotrópico con luciferina abre la posibilidad de realizar estudios sobre otras funciones bioquímicas de esta molécula productora de luz en el organismo de esos animales

Por André Julião  |  Agência FAPESP – Una larva de mosquito hallada en las entradas de cavernas del Parque Estadual Intervales, en el municipio de Ribeirão Grande, en Brasil, aparentemente no tenía interés para el grupo del bioquímico Vadim Viviani, docente de la Universidad Federal de São Carlos (UFSCar) con sede en la localidad Sorocaba, en el estado de São Paulo, que investiga la capacidad de algunos seres vivos de producir luz.

Pero dicha larva, del género Neoditomyia, terminó erigiéndose en un prometedor objeto de estudio. Pese a no emitir luz tal como algunos otros insectos de la familia Keroplatidae en el orden Diptera, el de las moscas y los mosquitos, posee una molécula imprescindible para los animales bioluminiscentes de esta familia: la luciferina.

Este descubrimiento, inédito en la región neotropical, salió publicado en la revista Photochemical & Photobiological Sciences.

Las otras 15 especies de la familia Keroplatidae que poseen luciferina sólo se encuentran en los Montes Apalaches, en Estados Unidos (una especie), en Nueva Zelandia (ocho), en Australia (una) y en Eurasia (cinco). Todas son bioluminiscentes.

“Si la que encontramos acá posee luciferina incluso sin emitir luz, es posible que la molécula tenga una otra función bioquímica en el organismo que aún no conocemos”, declaró Viviani a Agência FAPESP.

La larva de mosquito del Bosque Atlántico no emite luz porque posee tan sólo uno de los elementos para ello, que es la luciferina. Se trata de una molécula pequeña que, al oxidarse (al quedar expuesta al oxígeno), emite luz.

Con todo, para que la luciferina sea oxidada y emita luz, el animal debe producir también luciferasa, una enzima que cataliza la reacción bioluminiscente. Las parientes del hemisferio Norte y de Oceanía poseen esas dos moléculas, por eso fabrican su propia luz, al igual que insectos tales como las luciérnagas y cocuyos (lea más en: agencia.fapesp.br/24028). 

Las estructuras moleculares de las luciferinas y de las enzimas luciferasas de dípteros y luciérnagas son completamente distintas: unas no reaccionan con las otras para producir luz. Solamente la luciferina y la luciferasa del mismo organismo logran reaccionar para producir luz.

Para saber si la sustancia hallada en la larva del mosquito era realmente luciferina, se la mezcló con la luciferasa purificada de Orfelia fultonii, la especie encontrada en los Apalaches. Para sorpresa de los investigadores, la mezcla generó una luz azul similar a la de la especie del hemisferio Norte.

Las enzimas parecidas a luciferasas de escarabajos ya habían sido halladas antes en especies no luminiscentes. Sin embargo, la existencia de luciferinas en organismos terrestres siempre se restringía a las especies luminiscentes, y no aparecía en especies no luminiscentes. De allí la novedad de este descubrimiento.

Además de Viviani, este trabajo contó con la participación como autores del posdoctorando Danilo Trabuco do Amaral y de la doctoranda Vanessa Rezende Bevilacua, ambos de la UFSCar y becarios de la FAPESP, aparte de la posdoctoranda Rafaela Falaschi, de la Universidad Estadual de Ponta Grossa. Este estudio forma parte del Proyecto Temático intitulado "La bioluminiscencia en artrópodos", financiado por la FAPESP.

Utilización en laboratorio

Más que encantar a las personas que encuentran especies bioluminiscentes por las noches, las sustancias presentes en éstas tienen diversas aplicaciones en las áreas de investigación médica, biotecnológica, industrial y farmacéutica. Mediante manipulación genética, células específicas pueden marcarse con sustancias bioluminiscentes y ser visualizadas fácilmente en el microscopio.

“Ya se las utiliza para marcar células de cáncer, para poner a prueba la viabilidad de espermatozoides y para detectar patógenos e incluso metales pesados en muestras de agua”, dijo Viviani, quien también es presidente de la International Society for Bioluminiscence and Chemiluminiscence (ISBC).

Cuando se la caracterice por completo, la nueva luciferina podrá emplearse también en aplicaciones analíticas, incluso para marcar células específicas. “Aún no conocemos todo el potencial aplicativo de esa nueva sustancia, pero sí que posee peculiaridades en su composición química que pueden derivar en muchos otros usos”, dijo Viviani.

El profesor de la UFSCar recuerda que la luciferina y la luciferasa que producen luz azul poseen aplicaciones distintas en la biotecnología con relación a la luciferina y la luciferasa de las luciérnagas y cocuyos que producen luz verde amarilla, por tener más energía.

Evolución reciente

Los autores del estudio que ahora ha salido publicado testearon también larvas de otras dos especies de mosquitos en busca de luciferina que interactuase con la luciferasa de la Orfelia fultonii.

Si bien la Arachnocampa luminosa es conocida por emitir luz para engañar a sus presas en cavernas de Nueva Zelandia, el ensayo de laboratorio demostró que posee un sistema bioluminiscente distinto, pues no emitió luz cuando entró en contacto con la luciferasa de la especie de los Montes Apalaches.

Lo propio sucedió con las muestras de Aedes aegypti, que mostraron que el mosquito transmisor del dengue, el chikunguña, el zika y la fiebre amarilla no posee moléculas similares a la luciferina, al menos no que interactúen con la luciferasa testeada.

Pero de todos modos este estudio abre el camino hacia la búsqueda de sustancias bioluminiscentes en otras especies. La existencia de la luciferina en una larva no luminiscente puede indicar otra función biológica importante de esta sustancia en esa familia de mosquitos. Asimismo, puede indicar que la bioluminiscencia es una característica evolutiva más reciente, que habría surgido en mosquitos que ya poseían luciferina para otras finalidades biológicas.

Los científicos no excluyen la posibilidad futura de aplicar estos conocimientos referentes a la luciferina y la luciferasa de mosquitos luminiscentes en el control de mosquitos que son vectores de enfermedades, pues estas moléculas son ideales para marcar células e investigar procesos intracelulares.

“Al margen de ello, si la luciferina de dípteros y compuestos relacionados tuvieran una función importante en la fisiología del organismo, podríamos eventualmente interferir en la reproducción de los mismos”, dijo Viviani.

La próxima etapa del proyecto consistirá en determinar la estructura química de la nueva luciferina, cosa que Viviani pretende llevar a cabo en colaboración con el profesor Cassius Stevani, del Instituto de Química de la Universidad de São Paulo (USP), y con otras instituciones asociadas.

Puede leerse el artículo intitulado Orfelia-type luciferin and its associated storage protein in the non-luminiscent cave worm Neoditomyia sp. (Diptera: Keroplatidae) from the Atlantic rainforest: biological and evolutionary implications (doi: 10.1039/c8pp00207j), de Vadim R. Viviani, Danilo T. Amaral, Vanessa R. Bevilacua y Rafaela L. Falaschi, en el siguiente enlace: pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2018/pp/c8pp00207j.