Científicos de Brasil empiezan a develar el sistema bioluminiscente de un mosquito de América del Norte

Investigadores de la Universidad Federal de São Carlos aislaron moléculas presentes en larvas de un insecto que vive en los Montes Apalaches y que produce luz azul. Este descubrimiento ayuda a entender a especies brasileñas con características similares y puede derivar en nuevas aplicaciones biotecnológicas

Por André Julião  |  Agência FAPESP – Un grupo de investigadores de la Universidad Federal de São Carlos (UFSCar, en el estado de São Paulo, Brasil) aisló por primera vez moléculas de un sistema bioluminiscente casi desconocido presente en las larvas del mosquito Orfelia fultoni. Este insecto, uno de los pocos organismos terrestres que producen luz azul, vive en barrancas situadas a orillas de riachos en los Montes Apalaches, en Estados Unidos. Una parte esencial de su sistema bioluminiscente es una molécula existente también en dos mosquitos brasileños descubiertos recientemente.

Este estudio, que contó con el apoyo de la FAPESP, salió publicado en Scientific Reports y estuvo a cargo de cinco autores de la UFSCar y dos de universidades de Estados Unidos. 

Los sistemas bioluminiscentes de insectos tales como las luciérnagas están normalmente compuestos por luciferina –una molécula de bajo peso molecular– y luciferasa, una enzima que cataliza la oxidación de una luciferina con oxígeno para producir luz. Mientras que a algunos sistemas bioluminiscentes se los conocen bien e incluso se los utiliza en aplicaciones biotecnológicas, otros son aún poco conocidos. Este es el caso de los que producen luz azul, como el de la Orfelia fultoni. 

“Demostramos las propiedades de la luciferasa y la luciferina, y la ubicación anatómica de estas en las larvas del insecto. Asimismo, logramos identificar posibles proteínas que serían posibles luciferasas. Aún no sabemos qué tipo de proteína son, pero probablemente son hexamerinas. En los insectos, las hexamerinas normalmente suministran aminoácidos, pero poseen también otras funciones, como la de unir compuestos de bajo de peso molecular, tal como es el caso de la luciferina”, explica Vadim Viviani, docente del Centro de Ciencias y Tecnologías para la Sostenibilidad (CCTS) de la UFSCar en Sorocaba, y coordinador del estudio. 

Este trabajo forma parte del proyecto intitulado “Bioluminiscencia de artrópodos”, financiado por la FAPESP. La colaboración con los investigadores estadounidenses se concretó en el marco de un proyecto anterior, también con el apoyo de la Fundación y el de la National Science Foundation (NSF), de Estados Unidos, en colaboración con la Universidad Vanderbilt.

Aparte de la luciferina y la luciferasa, los investigadores iniciaron también la caracterización de un complejo existente en los mosquitos de la familia Keroplatidae, a la cual pertenecen la especie O. fultoni y una especie brasileña del género Neoditomyia que produce únicamente la luciferina y que, por ese motivo, no emite luz. 

Al no producir luz, a la luciferina del O. fultoni y de la Neoditomyia brasileña se le dio el nombre de keroplatina. En el cuerpo de las larvas de esta subfamilia, la keroplatina encuentra asociada a corpúsculos negros que contienen proteínas y probablemente mitocondrias, orgánulos que producen energía en las células. Sin embargo, el grupo aún no sabe cuál es el significado biológico de la asociación de la keroplatina con las mitocondrias. 

“Es un misterio. Quizá la luciferina esté relacionada con el metabolismo energético de las mitocondrias. Por las noches, probablemente en presencia de un reductor químico natural, la luciferina es liberada por estos corpúsculos negros y reacciona con la luciferasa circundante para producir la luz azul. Son posibilidades que vamos a estudiar”, dice Viviani.

Las primas brasileñas

Un factor importante para la dilucidación del sistema bioluminiscente del mosquito estadounidense fue el descubrimiento en el estado de São Paulo, en 2018, de una larva que vive en el Parque Estadual Intervales. Pese a que no produce luz, este animal posee una luciferina igual a la de la especie O. fultoni (lea más en: agencia.fapesp.br/29094/). 

En el estudio actual, los científicos le inyectaron incluso la luciferasa purificada de la especie estadounidense en la larva brasileña y esta última produjo luz azul. Como la brasileña no luminiscente es más abundante en la naturaleza que la del hemisferio norte, fue posible obtener más material de estudio como para efectuar la caracterización de la luciferina presente en ambas especies (la keroplatina).

Asimismo, en el año 2019, el grupo descubrió y describió a la especie Neoceroplatus bethryensis, en colaboración con Cassius Stevani, docente del Instituto de Química de la Universidad de São Paulo (IQ-USP). El primer insecto sudamericano que produce luz azul vive en una reserva privada aledaña al Parque Estadual Turístico de Alto Ribeira (Petar), en el sur del estado de São Paulo. La especie es pariente cercana de la Orfelia fultoni estadounidense, pero, a diferencia de ella, vive en la superficie de troncos caídos en áreas húmedas (lea más en: agencia.fapesp.br/31807/). 

“Demostramos que el sistema bioluminiscente de esta especie brasileña es el mismo de la O. fultoni. Sin embargo, es raro hallar a este animal, por eso se hace difícil obtener material suficiente como para estudiarlo”, conta Viviani. 

Ahora el grupo está trabajando en la clonación y en la caracterización molecular de la luciferasa de este grupo, y en la determinación de la estructura química de la luciferina y la morfología de los faroles del animal.

“Una vez que se haya determinado todo, podremos sintetizar la luciferina y la luciferasa en el laboratorio y luego utilizar esos sistemas en distintas aplicaciones biotecnológicas: en el estudio de células, que pueden ayudar incluso a esclarecer enfermedades humanas, por ejemplo”, culmina.

Puede leerse el artículo intitulado A new brilliantly blue-emitting luciferin-luciferasa system from Orfelia fultoni and Keroplatinae (Diptera) en el siguiente enlace: www.nature.com/articles/s41598-020-66286-1.