19/05/2011
Por Elton Alisson
Agência FAPESP – Os pesquisadores do grupo de Bioluminescência e Biofotônica da
Universidade Federal de São Carlos (UFSCar), campus de Sorocaba, deram um
importante passo para, em um futuro próximo, possibilitar que algumas enzimas
de interesse biomédico, biotecnológico e ambiental emitam luz.
A propriedade é
importante para estudar doenças como o câncer ou infecções bacterianas, por
exemplo. Os cientistas descobriram um dos principais “disjuntores” presentes na
“caixa de força” de enzimas com baixa capacidade de luminescência da mesma
classe das luciferases – responsáveis pela emissão de luz fria e visível em
vagalumes –, que pode ser modificado para aumentar a intensidade de sua luz.
Pesquisadores
brasileiros descobrem um dos “interruptores” que pode fazer com que algumas
enzimas de interesse biomédico e biotecnológico se tornem luminescentes (reprodução)
A descoberta do
estudo, resultado de projeto de pesquisa Luciferases
de coleópteros: evolução estrutural e funcional, e engenharia para fins
biotecnológicos apoiado pela FAPESP por meio de um
Auxílio à Pesquisa – Regular, será publicada no fim deste mês na revistaPhotochemical
and Photobiological Sciences.
Em 2009, o mesmo
grupo clonou e isolou da larva de um inseto não luminescente (besouro) uma
enzima da mesma família das luciferases (a AMP-CoA-ligases), fracamente
luminescente e conhecida como protoluciferase, para estudar como as luciferases
de vagalumes desenvolveram durante a evolução a capacidade de catalisar a
reação de oxidação da luciferina – o composto responsável pela bioluminescência
de insetos – e produzir intensa luz visível.
Nos últimos anos, ao
comparar as sequências de aminoácidos da protoluciferase com a luciferase, os
pesquisadore da UFSCar começaram a identificar partes da estrutura delas que
poderiam estar envolvidas com a determinação da atividade de produzir luz.
Por meio de técnicas
de engenharia genética, a estudante de doutorado Rogilene Prado e o pesquisador
Vadim Viviani, coordenador do projeto, realizaram mutações de aminoácidos da
protoluciferase. Agora, o grupo identificou que a mutação de um desses aminoácidos
aumenta bastante a atividade luminescente da enzima, tornando-a muito
semelhante à de uma luciferase.
“É como se a enzima
protoluciferase fosse um circuito eletrônico, que tem uma bateria, representada
pelo oxigênio, e uma lâmpada, que é a luciferina. Descobrimos agora um dos
principais interruptores presentes na estrutura delas, que é responsável por
ligar a bateria à lâmpada. Ou seja, fazer com que a reação da luciferina e do
oxigênio ocorra, acendendo a luz”, disse Viviani à Agência FAPESP.
Segundo ele, a
descoberta abre a possibilidade de tornar outras enzimas da família
AMP-CoA-ligases de interesse biomédico, biotecnológico e ambiental que não
produzem luz em luminescentes.
Presente em todos os
organismos, incluindo bactérias e o homem, as AMP-CoA-ligases desempenham as
mais variadas funções metabólicas, como a biossíntese de pigmentos (em
plantas), metabolismo de lipídeos, síntese de antibióticos e eliminação de
substâncias tóxicas e compostos químicos estranhos a um organismo ou sistema
biológico (xenobióticos).
Em comum, a primeira
reação que elas catalisam é a ativação de ácidos orgânicos, como os
aminoácidos, ácidos graxos e a própria luciferina do vagalume, que é oxidada
pelas luciferases, produzindo luz. Em função disso, os pesquisadores pretendem
utilizá-las como indicadores de determinados ácidos orgânicos de interesse
biomédico, como os ácidos tóxicos, e biotecnológicos.
“A capacidade de
servir como um indicador para selecionar determinados ácidos orgânicos de
interesse farmacêutico e biotecnológico talvez represente o maior potencial de
aplicações dessas enzimas”, disse Viviani.
Evolução em
laboratório
Segundo o coordenador
do projeto, algumas poucas luciferases de vagalumes norte-americanos, europeus
e japoneses são utilizadas como reagentes analíticos. São usadas para detectar
o estado metabólico de uma amostra biológica e biomarcadores de expressão
gênica, ou para marcar células de câncer em estudos biofotônicos, por exemplo.
Por meio das
pesquisas com o protótipo da enzima luciferase que clonaram e aumentaram a
luminescência, os pesquisadores brasileiros pretendem criar por engenharia
genética uma nova enzima luciferase que tenha a propriedade de emitir luz
comparável às luciferases empregadas atualmente no mercado.
“Com as condições ideais
de evolução, essa protoluciferase poderá se transformar em uma luciferase.
Estamos simulando a evolução dela em laboratório”, disse Viviani.
O grupo de pesquisa
da UFSCar é um dos únicos dedicados ao estudo de enzimas luciferases no Brasil.
No Instituto de Química da Universidade de São Paulo (USP) há um outro grupo,
coordenado pelo professor Cassius Stevani, com o qual eles colaboram, que
estuda fungos luminescentes.
Já no mundo, os
grupos de pesquisa na área estão estabelecidos nos Estados Unidos, Europa e
Japão – esse último colabora com os pesquisadores brasileiros. E, segundo
Viviani, nenhum deles ainda conseguiu clonar uma enzima protoluminescente com a
capacidade de emitir luz semelhante à do grupo brasileiro.
Fonte: Agencia Fapesp
Leia mais em: http://pubs.rsc.org/en/Content/ArticleLanding/2011/PP/c0pp00392a
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