Luz de vagalume dá origem a sensor que detecta alterações celulares

Enzima clonada a partir de inseto encontrado no campus de Sorocaba da UFSCar – e modificada por engenharia genética – permite monitorar a acidez intracelular, podendo ser empregada no estudo de doenças e fármacos

André Julião | Agência FAPESP – O gene que codifica uma enzima de um vagalume descoberto no campus de Sorocaba da Universidade Federal de São Carlos (UFSCar) deu origem a um biossensor capaz de indicar mudanças de pH nas células de mamíferos – o que pode ser útil no estudo de doenças e na avaliação da toxicidade de um candidato a fármaco, por exemplo.

A luciferase da espécie Amydetes vivianii muda de cor, passando do verde-azulado para o amarelo e o vermelho, à medida que a acidez diminui em fibroblastos, o tipo celular mais comum do tecido conjuntivo. Tudo isso com bastante intensidade e estabilidade, algo que não havia sido alcançado com outras luciferases testadas pelo grupo de pesquisadores.

O trabalho, apoiado pela FAPESP, foi publicado na revista Biosensors.

As luciferases são enzimas encontradas em seres vivos bioluminescentes, que geram luz quando oxidam a luciferina, um composto que também precisa estar presente no processo. A luciferase estudada agora provém de uma espécie descoberta em 2006 por um dos coordenadores do estudo, Vadim Viviani, coordenador do Laboratório de Bioquímica e Tecnologias Bioluminescentes da UFSCar. A enzima foi clonada em 2011 pelo seu grupo de pesquisa.

“Dentro da célula, as mudanças de pH podem ser indicadoras de processos como homeostase, proliferação e morte celular, entre outros. Nossa técnica tem potencial para estudar doenças ou a toxicidade de fármacos, por exemplo”, aponta Vanessa Bevilaqua, primeira autora do artigo e bolsista de pós-doutorado na Faculdade de Ciências Médicas e da Saúde da Pontifícia Universidade Católica de São Paulo (PUC-SP), campus de Sorocaba.

O trabalho foi realizado nos laboratórios coordenados por Viviani, na UFSCar, e por Eliana Duek, na PUC-SP. Duek também é apoiada pela FAPESP.

Outras luciferases testadas pelo grupo produziam luz avermelhada e que mudavam menos de cor na temperatura de 36°C, em que as células de mamíferos funcionam.

“A nova luciferase foi modificada para ser mais bem expressa em células de mamíferos. Além de ter uma maior amplitude de mudança de cor da luz, tem uma estabilidade maior e propicia um brilho [intensidade] mais forte. A técnica não é tóxica e não depende de fonte de luz externa, como no caso da fluorescência, outra forma de utilizar luz para estudar células”, explica Viviani.

Nos ensaios realizados pelo grupo, além de fazer imagens da bioluminescência em câmeras de fotodetecção, foi possível fotografar a luz emitida pelas luciferases nas células de mamíferos mesmo com a câmera fotográfica de um smartphone.

O brilho foi intenso pelos primeiros 30 minutos, quando começou a diminuir. Embora mais fraco, se manteve por pelo menos 12 horas – ainda que só pudesse ser detectado com um equipamento de fotodetecção avançado.

“Com isso, é possível usar a cor da luz para indicar o pH dentro de células, incluindo as humanas, e inferir se há estresse celular ou outro efeito relacionado com a acidez. É algo inédito e que desenvolvemos totalmente no Brasil”, acrescenta Viviani.

O trabalho integra o projeto “Desenvolvimento de insumos bioluminescentes para imunoensaios, análises ambientais e bioimagem”, apoiado pela FAPESP e coordenado por Viviani.

Outros coautores são Gabriel Pelentir, bolsista de doutorado na UFSCar, e Moema Hausen, professora na PUC-SP.

Histórico

Em estudos anteriores, os pesquisadores já haviam desenvolvido a aplicação da luciferase de outro vagalume, do gênero Macrolampis, para indicar o pH de células bacterianas (leia mais em: agencia.fapesp.br/20548).

Quando testada em células de mamíferos, porém, a bioluminescência emitida pela luciferase do Macrolampis era muito avermelhada e mudava pouco com alterações de pH, não tendo a estabilidade acima de 36°C e diminuindo a efetividade necessária para esse tipo celular.

O grupo de Viviani também desenvolveu durante a pandemia um imunoensaio que pode ser usado para detectar COVID-19 baseado na luciferase de Amydetes vivianii, que brilha quando em contato com anticorpos contra o SARS-CoV-2 (leia mais: agencia.fapesp.br/36330).

Com o trabalho agora concluído, o laboratório liderado pelo professor da UFSCar, que já tinha uma infraestrutura única para estudos e aplicações da bioluminescência, adquire também capacidade para realizar testes bioluminescentes em células de mamíferos.

Com isso, pode tanto realizar novos estudos com essa luciferase como testar outras que fazem parte do acervo do laboratório, reunido ao longo de mais de 30 anos pelo pesquisador, principalmente a partir de insetos brasileiros (leia mais em: agencia.fapesp.br/28840, agencia.fapesp.br/31485 e agencia.fapesp.br/50429).

“Com este desenvolvimento, abrimos um leque de perspectivas que vão desde bioensaios de toxicidade de fármacos e cosméticos, efeito de biomateriais em células humanas e até mesmo novas formas de estudar células cancerígenas”, encerra Bevilaqua.

O artigo Selection and Engineering of Novel Brighter Bioluminescent Reporter Gene and Color- Tuning Luciferase for pH-Sensing in Mammalian Cells pode ser lido em: www.mdpi.com/2079-6374/15/1/18.