Com apoio da Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (Fapesp), um grupo de pesquisadores da Universidade Federal de São Carlos (UFSCar) isolou pela primeira vez moléculas de um sistema bioluminescente quase desconhecido, presente nas larvas do mosquito Orfelia fultoni. Um dos poucos organismos terrestres a produzir luz azul, o inseto vive em barrancos de riachos nos Montes Apalaches, nos Estados Unidos.

Uma parte essencial do seu sistema bioluminescente é uma molécula presente também em dois mosquitos brasileiros descobertos recentemente. O estudo, apoiado pela Fapesp, foi publicado na Scientific Reports por cinco autores da UFSCar e dois de universidades norte-americanas.

Os sistemas bioluminescentes de insetos, como os vaga-lumes, são normalmente compostos de luciferina – uma molécula de baixo peso molecular – e luciferase, uma enzima que catalisa a oxidação de uma luciferina por oxigênio, produzindo luz. Enquanto alguns sistemas bioluminescentes são bem conhecidos e mesmo usados em aplicações biotecnológicas, alguns ainda não o são. É o caso dos que produzem luz azul, como o da Orfelia fultoni.

“Mostramos as propriedades da luciferase, da luciferina e a localização anatômica delas na larva do inseto. Além disso, conseguimos identificar possíveis proteínas candidatas a luciferase. Ainda não sabemos que tipo de proteína ela é, mas provavelmente uma hexamerina. Nos insetos, as hexamerinas normalmente fornecem aminoácidos, mas têm outras funções, como ligar compostos de baixo de peso molecular, como é o caso da luciferina”, explica Vadim Viviani, professor do Centro de Ciências e Tecnologias para a Sustentabilidade (CCTS) da UFSCar, em Sorocaba, e coordenador do estudo, à Agência Fapesp.

Projeto

O trabalho integra o projeto “Bioluminescência de artrópodes”, financiado pela Fapesp. A parceria com os pesquisadores norte-americanos foi proporcionada por um projeto anterior, também apoiado pela Fundação e pela National Science Foundation (NSF), dos Estados Unidos, em parceria com a Universidade Vanderbilt.

Além da luciferina e da luciferase, os pesquisadores começaram ainda a caracterização de um complexo presente nos mosquitos da família Keroplatidae, à qual pertence a O. fultonie uma espécie brasileira do gênero Neoditomyia que produz somente a luciferina e, portanto, não emite luz.

Por não produzir luz, a luciferina de O. fultoni e da Neoditomyia brasileira foi nomeada keroplatina. No corpo das larvas desta subfamília, a keroplatina, encontra-se associada a corpúsculos negros que contêm proteínas e provavelmente mitocôndrias, organelas que produzem energia nas células. O grupo ainda não sabe, no entanto, qual o significado biológico da associação da keroplatina com as mitocôndrias.

“É um mistério. Talvez a luciferina esteja relacionada com o metabolismo energético da mitocôndria. À noite, provavelmente na presença de um redutor químico natural, a luciferina é liberada por estes corpúsculos negros e reage com a luciferase circundante para produzir a luz azul. São possibilidades que vamos estudar”, diz Viviani.

Primas brasileiras

Um fator importante para a elucidação do sistema bioluminescente do mosquito norte-americano foi a descoberta, em 2018, de uma larva que vive no Parque Estadual Intervales, em Ribeirão Grande (SP). Apesar de não produzir luz, o animal tem luciferina igual à da O. fultoni.

No estudo atual, os pesquisadores, inclusive, injetaram a luciferase purificada da espécie norte-americana na larva brasileira e esta última produziu luz azul. Como a brasileira não luminescente é mais abundante na natureza do que a do Hemisfério Norte, foi possível obter mais material de estudo para fazer a caracterização da luciferina presente em ambas as espécies (a keroplatina).

Além disso, em 2019, o grupo descobriu e descreveu a Neoceroplatus betaryiensis, em colaboração com Cassius Stevani, professor do Instituto de Química da Universidade de São Paulo (IQ-USP). O primeiro inseto sul-americano a produzir luz azul vive numa reserva particular vizinha ao Parque Estadual Turístico do Alto Ribeira (Petar), no sul do estado de São Paulo.

A espécie é um parente próximo da Orfelia fultoni norte-americana, mas, diferentemente dela, vive na superfície de troncos caídos em locais úmidos. “Mostramos que o sistema bioluminescente desta espécie brasileira é o mesmo da O. fultoni. No entanto, o animal é muito raro de ser encontrado e por isso é difícil conseguir material suficiente para o seu estudo”, conta Viviani.

Agora, o grupo trabalha na clonagem e caracterização molecular da luciferase desse grupo, na determinação da estrutura química da luciferina e da morfologia das lanternas do animal.

“Uma vez que tudo isso esteja determinado, poderemos sintetizar a luciferina e a luciferase em laboratório e então utilizar esses sistemas em diferentes aplicações biotecnológicas, como no estudo de células, que poderão ajudar inclusive a esclarecer doenças humanas”, conclui.

O artigo (em inglês) pode ser lido em www.nature.com/articles/s41598-020-66286-1.