Em uma investigação revolucionária, cientistas da Huazhong Agricultural University, na China, desvendaram os mistérios genéticos que dão aos vaga-lumes a capacidade única de brilhar.
Publicado recentemente na prestigiada revista científica Nature, o estudo avança sobre os genes fundamentais responsáveis pela bioluminescência desses insetos fascinantes.
Os vagalumes e algumas espécies de besouros possuem enzimas, chamadas luciferases, que conferem a eles a capacidade de emitir luz fria e visível (bioluminescência).
Com uma abordagem inovadora, a equipe de pesquisadores mergulhou profundamente no genoma do vaga-lume, identificando os elementos genéticos cruciais que desencadeiam seu brilho característico.
As mesmas enzimas que permitem aos vagalumes emitir luz com tonalidade verde-amarelo no crepúsculo, por exemplo, também fazem com que produzam luz com cor vermelha quando expostos a ambientes com pH ácido, sob altas temperaturas ou na presença de metais pesados. E também são responsáveis pelo fato de besouros emitirem luz com uma ampla gama de tons, independentemente do pH do ambiente.
Pesquisadores do grupo de bioluminescência e biofotônica da Universidade Federal de São Carlos (UFSCar), campus de Sorocaba, em colaboração com um colega da University of Electro-Communications, do Japão, desvendaram anteriormente, por meio de uma série de pesquisas apoiadas pela FAPESP, os mecanismos moleculares que fazem com que as enzimas luciferases emitam luz de cores diferentes nos insetos bioluminescentes.
As descobertas foram descritas em um artigo publicado na revista Biochemistry, da American Chemical Society (ACS).
“Apesar de décadas de estudos, os mecanismos moleculares por trás da mudança de cor da bioluminescência de vagalumes e besouros e da sensibilidade das enzimas luciferases de vagalumes ao pH, temperatura e metais pesados ainda permaneciam desconhecidos”, disse Vadim Viviani, professor da UFSCar à Agência FAPESP.“Nosso estudo permitiu entender melhor, agora, como as luciferases produzem diferentes cores de luz”, avaliou.
De acordo com o pesquisador, as enzimas luciferases produzem bioluminescência em vagalumes e besouros por meio da catálise da reação de oxidação da proteína luciferina – uma molécula fluorescente que, ao ser oxidada, age como emissor de luz.
Dependendo do microambiente da região onde ocorre a reação de oxidação da luciferina (o sítio ativo), a cor da luz produzida pode variar do verde ao vermelho, detalhou Viviani.
Para os vaga-lumes, o brilho vai muito além de um simples espetáculo visual. Esses insetos utilizam sua capacidade de emitir luz para atrair parceiros durante o período de acasalamento.
Além disso, eles conseguem identificar membros da mesma espécie e até mesmo alertar predadores, integrando um intrincado sistema de comunicação e defesa que fascina cientistas e entusiastas da natureza em todo o mundo.
A descoberta desses segredos genéticos não apenas amplia nossa compreensão sobre os mecanismos da bioluminescência, mas também abre novos horizontes para aplicações biomédicas e tecnológicas inspiradas pela incrível diversidade da vida na Terra.
Aplicações biotecnológicas
As enzimas luciferases e seus substratos – a luciferina – são amplamente utilizados como reagentes bioanalíticos e marcadores celulares em biossensores de poluição e prospecção de drogas anticancerígenas e antibióticos, entre vastíssima gama de outras aplicações, apontou o pesquisador.
A criação dessas enzimas para aplicações biotecnológicas, contudo, era feita ao acaso, por meio de mutações em uma parte da proteína de forma a obter uma nova enzima mutante, com uma determinada cor e para um uso específico.
Esse processo frequentemente resultava em uma enzima mais fraca, que produzia pouca luz, explicou Vadim.
“Agora, ao conhecermos melhor o mecanismo por trás da produção de luz, será possível fazer mutações nas enzimas para mudar a cor da luz emitida sem afetar outras características de sua luminescência”, afirmou.
O grupo de pesquisa liderado por ele na UFSCar já clonou, produziu por engenharia genética e investigou mais de 10 luciferases diferentes de besouros bioluminescentes brasileiros, que apresentam diferentes cores de luz e propriedades luminescentes.
“Somos o grupo de pesquisa que mais clonou e investigou a maior variedade de luciferases de insetos no mundo, incluindo as três famílias de vagalumes”, afirmou Viviani.
Fontes: Agência FAPESP, Muitiverso.
Foto: Timo Newton-Syms / Wikimedia Commons.