André Julián | Agência FAPESP – El gen que codifica una enzima de una luciérnaga descubierto en el campus de Sorocaba de la Universidad Federal de São Carlos (UFSCar) dio origen a un biosensor capaz de indicar cambios de pH en células de mamíferos, lo que podría ser útil en el estudio de enfermedades y en la evaluación de la toxicidad de un candidato a fármaco, por ejemplo.
La luciferasa de Amydetes vivianii cambia de color de azul verdoso a amarillo y rojo a medida que disminuye la acidez en los fibroblastos, el tipo de célula más común en el tejido conectivo. Todo ello con gran intensidad y estabilidad, algo que no se había conseguido con otras luciferasas probadas por el grupo de investigadores.
El trabajo, apoyado por la FAPESP, fue publicado en la revista Biosensors .
Las luciferasas son enzimas que se encuentran en los seres vivos bioluminiscentes, que generan luz cuando oxidan la luciferina, un compuesto que también debe estar presente en el proceso. La luciferasa estudiada ahora proviene de una especie descubierta en 2006 por uno de los coordinadores del estudio, Vadim Viviani , coordinador del Laboratorio de Bioquímica y Tecnologías Bioluminiscentes de la UFSCar. La enzima fue clonada en 2011 por su grupo de investigación.
“Dentro de la célula, los cambios de pH pueden ser indicadores de procesos como la homeostasis, la proliferación y la muerte celular, entre otros. “Nuestra técnica tiene potencial para estudiar enfermedades o toxicidad de medicamentos, por ejemplo”, afirma Vanessa Bevilaqua , primera autora del artículo y becaria postdoctoral de la Facultad de Ciencias Médicas y de la Salud de la Pontificia Universidad Católica de São Paulo (PUC-SP), campus de Sorocaba.
El trabajo se realizó en laboratorios coordinados por Viviani, en la UFSCar, y por Eliana Duek , en la PUC-SP. Duek también cuenta con el apoyo de la FAPESP.
Otras luciferasas probadas por el grupo produjeron una luz rojiza que cambiaba menos de color a la temperatura de 36 °C, a la que funcionan las células de los mamíferos.
“La nueva luciferasa fue modificada para expresarse mejor en células de mamíferos. Además de tener un mayor rango de cambio de color de luz, tiene mayor estabilidad y proporciona un brillo [intensidad] más fuerte. La técnica no es tóxica y no depende de una fuente de luz externa, como es el caso de la fluorescencia, otra forma de utilizar la luz para estudiar las células”, explica Viviani.
Fotodetección
En las pruebas realizadas por el grupo, además de tomar imágenes de bioluminiscencia mediante cámaras de fotodetección, fue posible fotografiar la luz emitida por las luciferasas en células de mamíferos incluso con la cámara de un teléfono inteligente.
El brillo fue intenso durante los primeros 30 minutos, luego comenzó a desvanecerse. Aunque más débil, persistió durante al menos 12 horas, aunque sólo pudo detectarse con un equipo avanzado de fotodetección.
“Con esto, es posible utilizar el color de la luz para indicar el pH dentro de las células, incluidas las humanas, e inferir si hay estrés celular u otro efecto relacionado con la acidez. Es algo inédito y lo desarrollamos íntegramente en Brasil”, añade Viviani.
El trabajo forma parte del proyecto “ Desarrollo de insumos bioluminiscentes para inmunoensayos, análisis ambientales y bioimágenes ”, apoyado por la FAPESP y coordinado por Viviani.
Otros coautores son Gabriel Pelentir , becario doctoral de la UFSCar, y Moema Hausen, profesora de la PUC-SP.
Historia
En estudios anteriores, los investigadores ya habían desarrollado la aplicación de la luciferasa de otra luciérnaga, del género Macrolampis , para indicar el pH de las células bacterianas.
Sin embargo, cuando se probó en células de mamíferos, la bioluminiscencia emitida por la luciferasa de Macrolampis fue muy rojiza y cambió poco con los cambios de pH, no teniendo estabilidad por encima de los 36 °C y reduciendo la efectividad requerida para este tipo de célula.
Durante la pandemia, el grupo de Viviani también desarrolló un inmunoensayo que puede utilizarse para detectar COVID-19 basado en la luciferasa de Amydetes vivianii , que brilla cuando entra en contacto con anticuerpos contra el SARS-CoV-2.
Pruebas
Con el trabajo ahora concluido, el laboratorio dirigido por el profesor de la UFSCar, que ya contaba con una infraestructura única para estudios y aplicaciones de la bioluminiscencia, adquiere también la capacidad de realizar pruebas de bioluminiscencia en células de mamíferos.
Esto permitirá realizar nuevos estudios con esta luciferasa y otras pruebas que forman parte del acervo del laboratorio, reunido a lo largo de más de 30 años por el investigador, principalmente en insectos brasileños.
“Con este desarrollo hemos abierto un abanico de perspectivas que van desde los bioensayos de toxicidad de fármacos y cosméticos, el efecto de los biomateriales en las células humanas e incluso nuevas formas de estudiar las células cancerosas”, concluye Bevilaqua.
El artículo Selección e ingeniería de un nuevo gen reportero bioluminiscente más brillante y luciferasa de ajuste de color para detección de pH en células de mamíferos se puede leer en: www.mdpi.com/2079-6374/15/1/18 .
Por Agencia FAPESP (Fundación de Apoyo a la Investigación del Estado de Sao Paulo).
