Elton Alisson, da 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.
A descoberta do estudo, resultado de projeto de pesquisa apoiado pela FAPESP por meio de um Auxílio à Pesquisa Regular, será publicada no fim deste mês na revista Photochemical and Photobiological Sciences.
Larva de besouro
Em 2009, o mesmo grupo clonou e isolou, da larva de um besouro não luminescente, uma enzima da mesma família das luciferases (a AMP-CoA-ligases), fracamente luminescente e conhecida como protoluciferase. O objetivo era 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 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.
Segundo ele, a descoberta abre a possibilidade de tornar luminescentes outras enzimas da família AMP-CoA-ligases de interesse biomédico, biotecnológico e ambiental que não produzem luz.
Luminária química
Presente em todos os organismos, incluindo as bactérias e humanos, as AMP-CoA-ligases desempenham as mais variadas funções metabólicas, como a biossíntese de pigmentos em plantas, o metabolismo de lipídeos, a síntese de antibióticos e a eliminação de substâncias tóxicas e compostos químicos estranhos ao organismo.
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 na qual 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 luciferase. Estamos simulando a evolução dela em laboratório", disse Vanini.
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 outro grupo, coordenado pelo professor Cassius Stevani, com o qual a turma de São Carlos colabora, que estuda fungos luminescentes.
Já no mundo, os grupos de pesquisa na área estão estabelecidos nos Estados Unidos, na Europa e no Japão. A equipa japonesa colabora com os pesquisadores brasileiros. E, segundo Viviani, nenhum desses laboratórios conseguiu, ainda, clonar uma enzima protoluminescente com a capacidade de emitir luz semelhante à do grupo brasileiro.