Científicos brasileños obtienen una bioluminiscencia roja más eficiente

Se trata de un sistema luciferina-luciferasa desarrollado en colaboración con investigadores japoneses, y produce una luz roja lejana más brillante y duradera. Esta innovación puede aplicarse para la obtención de imágenes de células y tejidos con objetivos diagnósticos y de investigación biomédica

Por José Tadeu Arantes  |  Agência FAPESP – Investigadores de la Universidad Federal de São Carlos (UFSCar), en Brasil, desarrollaron un nuevo sistema luciferina-luciferasa emisor de luz roja lejana más eficiente que los disponibles comercialmente en la actualidad. Y un artículo al respecto salió publicado en el International Journal of Molecular Sciences.

El referido estudio contó con el apoyo de la FAPESP en el marco del Proyecto Temático intitulado “La bioluminiscencia de los artrópodos. La diversidad biológica en biomas brasileños: su origen bioquímico, la evolución estructural y funcional de las luciferasas, la diferenciación molecular de los focos y sus aplicaciones biotecnológicas, ambientales y educativas”, coordinado por el bioquímico Vadim Viviani, docente de la UFSCar.

“Obtuvimos un nuevo sistema luciferasa-luciferina que produce luz en el rojo lejano, en el rango de los 650 nanómetros. Y emite la bioluminiscencia más brillante que se haya reportado hasta ahora en esa franja del espectro. Es un resultado altamente prometedor para la toma de imágenes de procesos biológicos y patológicos en tejidos de mamíferos”, le dice Viviani a Agência FAPESP.

Las luciferasas son enzimas que catalizan la oxidación de las luciferinas, compuestos presentes en algunos animales, algas y hongos. La reacción de oxidación es responsable del fenómeno de la bioluminiscencia, que consiste en la emisión de luz en longitudes de onda que varían del azul al rojo.

El sistema luciferina-luciferasa de las luciérnagas ha venido siendo ampliamente utilizado para la toma de imágenes de cultivos de células o de modelos animales vivos: permite monitorear la proliferación de metástasis y las respuestas de los tumores a los tratamientos, por ejemplo. Y también los procesos de infección viral; y el efecto de los distintos candidatos a fármacos sobre los virus, el nuevo coronavirus inclusive.

“Para la toma de imágenes de procesos biológicos o patológicos en tejidos de mamíferos, la bioluminiscencia roja es la preferida, debido a la baja absorción de la luz de las longitudes de onda más largas de la hemoglobina, la mioglobina y la melanina presentes en esos tejidos. Y la detección se vuelve mejor aún en los rangos del rojo lejano [FR, del inglés far red] o del infrarrojo cercano [NIR, del inglés near infrared]. Con todo, no existe ningún sistema bioluminiscente que emita naturalmente en esa franja del rojo lejano”, informa Viviani.

“Ya se están produciendo comercialmente algunas formas genéticamente modificadas de la luciferasa y análogos sintéticos de las luciferinas naturales. En combinación, generan luz de longitudes de onda muy largas: de 700 nanómetros. Pero la intensidad luminosa que producen estos sistemas artificiales es en general mucho más baja y de menor duración que la de los sistemas bioluminiscentes naturales”, añade el investigador.

Lo que él y sus colaboradores hicieron fue aplicar la ingeniería genética para modificar la única luciferasa naturalmente emisora de luz roja: la luciferasa del gusano ferrocarril (Phrixothrix hirtus), que Viviani clonó hace dos décadas. Y combinarla con análogos de luciferina sintetizados por colegas de la University of Electro-Communications, de Tokio, en Japón. Así fue como desarrollaron un nuevo sistema luciferina-luciferasa emisor de luz roja lejana mucho más eficiente.

“Nuestra mejor combinación produce luz en el rojo lejano, en el rango de los 650 nanómetros, tres veces más brillante que la luciferasa y la luciferina natural, alrededor de mil veces más brillante que la misma luciferasa con el análogo comercial”, afirma el investigador.

“Aparte de la longitud de onda larga y del brillo intenso, nuestra combinación exhibe una mayor estabilidad térmica y una mayor penetrabilidad a través de la membrana celular. Y lo que es fundamental: produce una bioluminiscencia más continua, que tarda al menos una hora para decaer, lo cual favorece sobremanera el proceso de toma de imágenes de procesos biológicos y patológicos en tiempo real”, prosigue.

Este trabajo constituye una continuidad de la tesis doctoral que defendió recientemente Vanessa Bevilacua, sobre el efecto de análogos de luciferina sintéticos en la luciferasa roja de Phrixothrix, y contó con la participación del doctorando Daniel Sousa y del becario de iniciación a la investigación científica Gabriel Pelentir, sumados a los colaboradores japoneses Michio Kakiuchi y Takashi Hirano.

Puede accederse a la lectura del artículo intitulado A very bright far-red bioluminescence emitting combination based on engineered railroad worm luciferasa and 6′-amino-analogs for bioimaging purposes en el siguiente enlace: www.mdpi.com/1422-0067/22/1/303.