Descoberta substância bioluminescente em larva de mosquito brasileiro

Identificação de primeiro inseto da ordem Diptera na região neotropical com luciferina abre caminho para estudos sobre outras funções bioquímicas da molécula produtora de luz no organismo desses animais

André Julião  |  Agência FAPESP – Encontrada na entrada de cavernas do Parque Estadual Intervales, em Ribeirão Grande (SP), uma larva de mosquito aparentemente não tinha interesse para o grupo do bioquímico Vadim Viviani, professor da Universidade Federal de São Carlos (UFSCar), em Sorocaba, que investiga a capacidade de alguns seres vivos de produzir a própria luz.

A larva do gênero Neoditomyia, porém, mostrou-se um promissor objeto de estudo. Apesar de não emitir luz como alguns outros insetos da família Keroplatidae na ordem Diptera, das moscas e mosquitos, ela possui uma molécula imprescindível aos animais bioluminescentes desta família, a luciferina.

A descoberta, inédita na região neotropical, foi publicada na revista Photochemical & Photobiological Sciences.

As outras 15 espécies da família Keroplatidae que possuem luciferina só são encontradas nos Montes Apalaches nos Estados Unidos (uma espécie), na Nova Zelândia (oito), na Austrália (uma) e na Eurásia (cinco). Todas são bioluminescentes.

“Se o que encontramos aqui possui luciferina mesmo sem emitir luz, é possível que a molécula tenha uma outra função bioquímica no organismo que ainda não sabemos”, disse Viviani à Agência FAPESP.

A larva de mosquito da Mata Atlântica não emite luz porque tem apenas um dos elementos para isso, a luciferina. Trata-se de uma molécula pequena que, ao ser oxidada (exposta ao oxigênio), emite luz.

Para que a luciferina seja oxidada e emita luz, no entanto, o animal precisa produzir também a luciferase, uma enzima que catalisa a reação bioluminescente. As parentes do hemisfério Norte e da Oceania, além de insetos como os vagalumes, possuem essas duas moléculas e, por isso, fabricam a própria luz.

As estruturas moleculares das luciferinas e das enzimas luciferases de dípteros e vagalumes são completamente diferentes, uma não reage com a outra para produzir luz. Somente a luciferina e a luciferase do mesmo organismo conseguem reagir para produzir luz.

Para saber se a substância encontrada na larva do mosquito era mesmo luciferina, ela foi misturada à luciferase purificada de Orfelia fultonii, espécie encontrada nos Apalaches. Para surpresa dos pesquisadores, a mistura gerou uma luz azul similar à da espécie do hemisfério Norte.

As enzimas parecidas com luciferases de besouros já haviam sido encontradas antes em especies não luminescentes. Entretanto, a ocorrência de luciferinas em organismos terrestres sempre estava restrita às espécies luminescentes, não ocorrendo em espécies não luminescentes, daí a novidade da descoberta.

Além de Viviani, o trabalho teve ainda como autores o pós-doutorando Danilo Trabuco do Amaral e a doutoranda Vanessa Rezende Bevilaqua, ambos da UFSCar e bolsistas da FAPESP, além da pós-doutoranda Rafaela Falaschi, da Universidade Estadual de Ponta Grossa. O estudo integra o Projeto Temático "Bioluminescência de Artrópodes", financiado pela FAPESP.

Uso em laboratório

Mais do que encantar as pessoas que encontram as espécies bioluminescentes à noite, as substâncias presentes nelas têm bastante aplicação nas áreas de pesquisa médica, biotecnológica, industrial e farmacêutica. Por meio de manipulação genética, células específicas podem ser marcadas com substâncias bioluminescentes e serem facilmente visualizadas no microscópio.

“Elas já são usadas para marcar células de câncer, testar a viabilidade de espermatozoides, detectar patógenos e mesmo metais pesados em amostras de água”, disse Viviani, que também é presidente da International Society for Bioluminescence and Chemiluminescence (ISBC).

Quando for caracterizada por completo, a nova luciferina poderá ser utilizada também para aplicações analíticas, incluindo marcar células específicas. “Ainda não sabemos todo o potencial aplicativo dessa nova substância, mas ela tem peculiaridades em sua composição química que podem levar a muitos outros usos”, disse Viviani.

O professor da UFSCar lembra que luciferina e luciferase que produzem luz azul possuem aplicações diferentes na biotecnologia em relação à luciferina e luciferase de vagalumes que produzem luz verde-amarela, por terem mais energia.

Evolução recente

Os autores do estudo agora publicado testaram ainda larvas de outras duas espécies de mosquito, em busca de luciferina que interagisse com a luciferase da Orfelia fultonii.

Embora a Arachnocampa luminosa seja conhecida por emitir luz para enganar suas presas em cavernas na Nova Zelândia, o ensaio em laboratório mostrou que ela possui um sistema bioluminescente diferente, pois não emitiu luz quando em contato com a luciferase da espécie dos Montes Apalaches.

O mesmo ocorreu com as amostras de Aedes aegypti, mostrando que o mosquito transmissor da dengue, chikungunya, zika e febre amarela não possui moléculas similares à luciferina, pelo menos não que interajam com a luciferase testada.

O estudo, porém, abre caminho para a busca de substâncias bioluminescentes em outras espécies. A ocorrência da luciferina em uma larva não luminescente pode indicar outra função biológica importante da substância nessa família de mosquitos. Além disso, pode implicar que a bioluminescência é uma característica evolutiva mais recente, tendo surgido em mosquitos que já possuíam luciferina para outras finalidades biológicas.

Os pesquisadores não excluem a possibilidade futura de aplicar esses conhecimentos com luciferina e luciferase de mosquitos luminescentes no controle de mosquitos que são vetores de doenças, pois essas moléculas são ideais para marcar células e investigar processos intracelulares.

“Além disso, se a luciferina de dípteros e compostos relacionados tiverem função importante na fisiologia do organismo, poderíamos eventualmente interferir na reprodução dos mesmos”, disse Viviani.

A próxima etapa do projeto é determinar a estrutura química da nova luciferina, o que Viviani pretende fazer em colaboração com o professor Cassius Stevani, do Instituto de Química da USP, e outras instituições parceiras.

O artigo Orfelia-type luciferin and its associated storage protein in the non-luminescent 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. Bevilaqua e Rafaela L. Falaschi, pode ser lido em: https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2018/pp/c8pp00207j.