Pesquisadores da UFSCar obtêm bioluminescência vermelha mais eficiente

Sistema luciferina-luciferase desenvolvido em colaboração com pesquisadores japoneses produz luz vermelha distante mais brilhante e duradoura. Inovação pode ser usada para imageamento de células e tecidos, com objetivos diagnósticos e de pesquisa biomédica

José Tadeu Arantes | Agência FAPESP – Pesquisadores da Universidade Federal de São Carlos (UFSCar) desenvolveram um novo sistema luciferina-luciferase emissor de luz vermelha distante mais eficiente do que os disponibilizados comercialmente. Artigo a respeito foi publicado no International Journal of Molecular Sciences.

O estudo recebeu apoio da FAPESP por meio do Projeto Temático “Bioluminescência de artrópodes: diversidade biológica em biomas brasileiros; origem bioquímica; evolução estrutural/funcional de luciferases; diferenciação molecular das lanternas; aplicações biotecnológicas, ambientais e educacionais”, coordenado pelo bioquímico Vadim Viviani, professor da UFSCar.

“Obtivemos um novo sistema luciferase-luciferina que produz luz no vermelho distante, na faixa de 650 nanômetros. E emite a mais brilhante bioluminescência já reportada nessa faixa do espectro. É um resultado altamente promissor para o imageamento de processos biológicos e patológicos em tecidos de mamíferos”, diz Viviani à Agência FAPESP.

As luciferases são enzimas que catalisam a oxidação de luciferinas, compostos presentes em alguns animais, algas e fungos. A reação de oxidação é responsável pelo fenômeno da bioluminescência, que consiste na emissão de luz, em comprimentos de onda que variam do azul ao vermelho.

O sistema luciferina-luciferase de vagalumes tem sido amplamente utilizado para imageamento de culturas de células ou de modelos animais vivos, possibilitando, por exemplo, monitorar a proliferação de metástases e as respostas dos tumores aos tratamentos. E também processos de infecção viral e o efeito de diferentes candidatos a fármacos sobre os vírus – inclusive o novo coronavírus.

“Para imageamento de processos biológicos ou patológicos em tecidos de mamíferos, a bioluminescência vermelha é a preferida, devido à baixa absorção da luz de comprimentos de onda mais longos pela hemoglobina, a mioglobina e a melanina, presentes nesses tecidos. E a detecção torna-se melhor ainda nas faixas do vermelho distante [FR, do inglês far red)] ou do infravermelho próximo [NIR, do inglês near infrared]. Porém, não existe nenhum sistema bioluminescente que naturalmente emita nessa faixa do vermelho distante”, informa Viviani.

“Algumas formas geneticamente modificadas da luciferase e análogos sintéticos das luciferinas naturais já são produzidos comercialmente. Em combinação, geram luz de comprimentos de onda tão longos quanto 700 nanômetros. Mas a intensidade luminosa produzida por estes sistemas artificiais é, em geral, muito mais baixa e de curta duração do que os sistemas bioluminescentes naturais”, acrescenta o pesquisador.

O que ele e seus colaboradores fizeram foi utilizar engenharia genética para modificar a única luciferase naturalmente emissora de luz vermelha, a luciferase da “larva trenzinho” (Phrixothrix hirtus), clonada por Viviani duas décadas atrás. E combiná-la com análogos de luciferina sintetizados por colegas da University of Electro-Communications, de Tóquio, no Japão. Assim, desenvolveram um novo sistema luciferina-luciferase emissor de luz vermelha distante bem mais eficiente.

“Nossa melhor combinação produz luz no vermelho distante, na faixa de 650 nanômetros, três vezes mais brilhante do que a luciferase e luciferina naturais, cerca de mil vezes mais brilhante do que a mesma luciferase com o análogo comercial”, afirma o pesquisador.

“Além do comprimento de onda longo e do brilho intenso, nossa combinação apresenta maior estabilidade térmica e penetrabilidade através da membrana celular. E, principalmente, produz uma bioluminescência mais contínua, que leva no mínimo uma hora para decair – o que favorece muito o processo de imageamento em tempo real de processos biológicos e patológicos”, prossegue.

O trabalho é uma continuidade da tese de doutorado recentemente defendida por Vanessa Bevilaqua, sobre o efeito de análogos de luciferina sintéticos na luciferase vermelha de Phrixotrix, e contou com a participação do doutorando Daniel Sousa e do bolsista de iniciação científica Gabriel Pelentir, além dos colaboradores japoneses Michio Kakiuchi e Takashi Hirano.

O artigo A very bright far-red bioluminescence emitting combination based on engineered railroad worm luciferase and 6′-amino-analogs for bioimaging purposes pode ser acessado em www.mdpi.com/1422-0067/22/1/303.