Descubierto el primer insecto sudamericano que emite luz azul

Una larva de mosquito encontrada en el municipio brasileño de Iporanga posee propiedades bioluminiscentes que hasta ahora se habían observado únicamente en especies de América del Norte, Asia y Nueva Zelandia. Este estudio abre el camino hacia la elaboración de aplicaciones biotecnológicas

Por André Julião  |  Agência FAPESP – Científicos brasileños descubrieron en una reserva de Bosque Atlántico una larva de mosquito capaz de emitir luz azul, algo inédito en América del Sur. Aunque se conocen distintos insectos y hongos bioluminiscentes en el continente, todos emiten luz de color verde, amarillo o rojo. Esta nueva especie, a la que se le dio el nombre de Neoceroplatus betaryiensis, aparece descrita en la revista Scientific Reports.

“Esta larva fue hallada durante una recolección de setas bioluminiscentes y nos llamó la atención al emitir luz azul. Los hongos y las luciérnagas no emiten luz de ese color, entonces solo podía ser un nuevo organismo”, declaró a Agência FAPESP Cassius Stevani, docente del Instituto de Química de la Universidad de São Paulo (IQ-USP) y coordinador del trabajo.

Esta investigación forma parte del Proyecto Temático intitulado “Quimiexcitación electrónica en sistemas biológicos: bioluminiscencia y ‘foto’química al oscuro”, coordinado por Etelvino José Henriques Bechara, docente del IQ-USP.

Según Stevani, solo se habían identificado especies emisoras de luz azul en América del Norte, Nueva Zelandia y Asia. Esta larva bioluminiscente fue hallada en la Reserva Betary, un área particular de Bosque Atlántico situada en el municipio de Iporanga y aledaña al Parque Estadual Turístico del Alto Ribeira (Petar), en el sur del estado de São Paulo.

Participaron en la expedición de recolección el biólogo Isaias Santos y el estadounidense Grant Johnson, becario de capacitación técnica de la FAPESP. Ambos trabajan en el Instituto de Investigaciones de la Biodiversidad (IPBio), la organización que administra la Reserva Betary y que realiza actividades de turismo, educación ambiental e investigación en la propiedad, en donde viven muchas de las especies de setas bioluminiscentes existentes en el mundo.

La descripción del nuevo insecto bioluminiscente estuvo a cargo de la entomóloga Rafaela Falaschi, quien actualmente lleva adelante una pasantía posdoctoral en la Universidad Estadual de Ponta Grossa (UEPG). El nombre N. betaryiensis hace referencia a la Reserva Betary.

Las diferencias en el patrón de luz

De acuerdo con Stevani, los ejemplares adultos de esta especie no emiten luz, sino que únicamente lo hacen las larvas, que viven escondidas en troncos y están dotadas de tres faros: uno en la cola y otros dos cerca de los ojos.

Entre los ejemplares recolectados, sin embargo, los investigadores encontraron uno que emitía luz desde diversos puntos situados a lo largo del cuerpo. Esa larva fue llevada al laboratorio y se convirtió en pupa (también bioluminiscente); pero, en lugar de dar origen a un mosquito, tal como sería de esperarse, de ella salió una avispa.

Los investigadores arribaron a la conclusión de que esa avispa también pertenece a una nueva especie de la familia Ichneumonidae, conocida por depositar sus huevos dentro de larvas de otros insectos, que terminan generando avispas adultas. Aún no se sabe, sin embargo, si el patrón distinto de luz observado en esa larva ocurrió debido a la infección que la avispa causó, si corresponde a una nueva especie de mosquito o si estaría relacionado con el dimorfismo sexual de la N. betaryiensis, es decir, con características morfológicas que diferencian a las hembras y los machos.

Un nuevo sistema

Más allá de la importancia para el conocimiento de la biodiversidad, este descubrimiento de la especie emisora de luz azul –bastante rara entre estos organismos– genera la posibilidad de develar un nuevo sistema de bioluminiscencia, que podría dar origen a nuevas aplicaciones analíticas o biotecnológicas, tales como la marcación de células o genes específicos en estudios biológicos o biosensores de contaminación, por ejemplo.

Como todo ser bioluminiscente, la nueva especie genera luz con base en la reacción de un sustrato, la luciferina, y una enzima que la cataliza, la luciferasa. Para efectuar la separación de ambos compuestos, los investigadores elaboran un extracto de los animales y lo separan en dos porciones.

Una sigue conservada en hielo, con todas las enzimas preservadas (luciferasa), en tanto que a la otra se la calienta a los efectos de eliminar las enzimas y que quede únicamente el sustrato (luciferina).

Para empezar a caracterizar al sistema bioluminiscente de la N. betaryiensis, los investigadores del grupo de Vadim Viviani, docente de la Universidad Federal de São Carlos (UFSCar, en su campus de la localidad de Sorocaba, en el estado de São Paulo), emplearon como herramienta la luciferina y la luciferasa purificadas en su laboratorio partiendo de otra especie con capacidad de emitir luz azul: Orfelia fultoni, que vive en los Montes Apalaches, en Estados Unidos y Canadá.

“Al contar con la luciferasa y la luciferina de la O. fultoni ya purificadas en nuestro laboratorio, logramos producir las reacciones cruzadas con la nueva especie. En todas las combinaciones hubo emisión de luz. Asimismo, demostramos que la larva del mosquito también posee una proteína que almacena luciferina, anteriormente denominada SBF (las siglas de Substrate Binding Fraction), al igual que la O. fultoni. Portanto, ambas especies comparten el mismo sistema bioquímico”, dijo Viviani, quien encabeza el grupo de investigación denominado Bioluminiscencia y Biofotónica, del Consejo Nacional de Desarrollo Científico y Tecnológico (CNPq), organismo científico de fomento vinculado al gobierno federal brasileño.

Los próximos pasos

En el año 2000, Viviani y los investigadores Thérèse Wilson y J. Woodland Hastings concretaron la primera caracterización del sistema bioluminiscente de O. fultoni, durante su posdoctorado realizado en la Harvard University. Desde entonces, el investigador ha venido llevando adelante la caracterización bioquímica de la luciferina y de la luciferasa de esos mosquitos.

Viviani coordina el Proyecto Temático intitulado “Bioluminiscencia de Artrópodos”, con financiación de la FAPESP. Recientemente, su grupo descubrió una especie del género Neoditomyia en cavernas del parque Intervales, en el sur del estado de São Paulo, que también posee luciferina y su proteína de unión (SBF), pero que no emite luz. Con todo, cuando se mezcló su sustrato con la luciferasa de O. fultoni, al igual que el de la nueva especie, generó luz azul (lea más en: agencia.fapesp.br/29094).

También desde el punto de vista genético, los análisis mostraron que la nueva especie es cercana a Neoditomyia y a O. fultoni.

Basados en el conocimiento existente sobre las otras especies, los investigadores planean ahora aislar e investigar la luciferasa y la luciferina de la N. betaryiensis, más rara y no tan fácil de hallar como la especie estadounidense.

“Contamos con la luciferasa y la luciferina de la O. fultoni estadounidense y las de la especie Neoditomyia de Intervales, purificadas y parcialmente caracterizadas en nuestro laboratorio de la UFSCar, lo que permitió la realización de este estudio inicial, y facilitará también el aislamiento de la luciferina y la clonación de la luciferasa de Neoceroplatus en el futuro”, dijo Viviani.

Una vez aisladas, se clonarán las sustancias y se determinará su estructura. En el caso de la luciferasa, el trabajo estará a cargo del grupo de la UFSCar, en tanto que en el de la luciferina, hará lo propio el grupo de Stevani, en el IQ-USP.

“Ya contamos con la fórmula molecular de la luciferina. Sabemos cuántos átomos de carbono, hidrógeno, nitrógeno, oxígeno, azufre y otros elementos tiene. Pero no sabemos cómo están unidos esos átomos. Debemos realizar diversos experimentos, con resonancia magnética nuclear, por ejemplo, para dilucidar la estructura, cosa que espero que hagamos pronto”, dijo Stevani, quien coordinó un proyecto de investigación sobre setas bioluminiscentes financiado por la FAPESP (lea más en: revistapesquisa.fapesp.br/2018/12/05/brilho-construido).

Puede leerse el artículo intitulado Neoceroplatus betaryiensis nov. sp. (Diptera: Keroplatidae) is the first record of a bioluminiscent fungus-gnat in South America (doi: 10.1038/s41598-019-47753-w), de Rafaela L. Falaschi, Danilo T. Amaral, Isaias Santos, Adão H. R. Domingos, Grant A. Johnson, Ana G. S. Martins, Imran B. Viroomal, Sérgio L. Pompéia, Jeremy D. Mirza, Anderson G. Oliveira, Etelvino J. H. Bechara, Vadim R. Viviani y Cassius V. Stevani, en el siguiente enlace: nature.com/articles/s41598-019-47753-w.