Circuito biológico de luz

Circuito com interruptor

 “É como se a enzima protoluciferase fosse um circuito eletrônico, que tem uma bateria, representada pelo oxigênio e uma lâmpada, que é a luciferina.”

É assim que o professor Valdim Viviani, explica os últimos resultados das pesquisas com materiais bioluminescentes – materiais biológicos capazes de emitir luz.

Descobriram agora um dos principais interruptores presentes na estrutura, 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.

Este é um passo importante para o uso prático dessas enzimas emissoras de luz, que têm interesse biomédico, biotecnológico e ambiental.

A bioluminescência é a produção e emissão de luz por um organismo vivo, através de uma reação na qual energia química é transformada em energia luminosa.

A propriedade é importante para estudar doenças como o câncer ou infecções bacterianas, por exemplo, e também foi utilizada na detecção de metais pesados no meio ambiente e até em circuitos integrados bacterianos.

Acendendo enzimas

Os cientistas brasileiros descobriram um dos principais disjuntores presentes na caixa de força de enzimas com baixa capacidade de luminescência.

Essas enzimas pertencem à mesma classe de luciferases – responsáveis pela emissão de luz fria e visível em vagalumes. E elas podem ser modificadas geneticamente para aumentar sua potência, ou seja, a intensidade de sua luz.

Nos últimos anos, ao comparar as sequências de aminoácidos da protoluciferase com a luciferase, os pesquisadores começaram a identificar partes da estrutura que poderiam estar envolvidas com a determinação da atividade de produzir luz.

A bioluminescência é a produção e emissão de luz por um organismo vivo, através de uma reação na qual energia química é transformada em energia luminosa.

Amplificando a bioluminescência

Identificou-se que a mutação de um desses aminoácidos aumenta bastante a atividade luminescente da enzima, tornando-a muito semelhante à de uma luciferase.

Isso abre a possibilidade de tornar bioluminescentes outras enzimas da mesma família, que não emitem luz naturalmente, mas que são de grande interesse tecnológico.

Presentes em todos os organismos – das bactérias ao homem – ligases desempenham as mais variadas funções metabólicas, como a biossíntese de pigmentos, o metabolismo de lipídeos, a síntese de antibióticos e a eliminação de substâncias tóxicas e compostos químicos estranhos a um organismo ou sistema biológico.

Em comum, a primeira reação que elas catalisam é a ativação de ácidos orgânicos, como os aminoácidos, ácidos graxos. Ou, no caso do vagalume, a luciferia, 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.

A pesquisa abre caminho para tornar luminescentes enzimas que não emitem luz naturalmente, ou amplificar emissões mais fracas.

Reagentes analíticos

Segundo o pesquisador, algumas luciferases de vagalumes norte-americanos, europeus e japoneses já são utilizadas como reagentes analíticos. Elas 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 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.