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Bioluminescência sintética: Uma vista geral

A bioluminescência é uma emissão da luz produzida quando o luciferase da enzima catalisa a oxidação de sua carcaça, luciferin.

Crédito: anko70/Shutterstock.com

O exemplo o mais conhecido da bioluminescência é a luz produzida por vaga-lume. O luciferase do vaga-lume foi aproveitado para a pesquisa biológica acoplando a reacção do luciferase com outros ensaios enzimáticos.

Alguns esforços foram feitos para usar a bioluminescência em animais vivos, mas a carcaça do luciferin do vaga-lume, D-luciferin, tem a baixa permeabilidade do tecido, e a afinidade deficiente para o luciferase. Igualmente não cruza a barreira do sangue-cérebro, que limita a aplicabilidade aos estudos do cérebro.

As alternativas sintéticas ao sistema do luciferase do vaga-lume foram desenvolvidas para superar as limitações deste ensaio.

Analogs de Luciferin

Um analog sintético de D-luciferin, chamado AkaLumine, produz a luz na escala próximo-infravermelha, em 677 nanômetro. Este comprimento de onda pode penetrar os corpos e os tecidos da maioria de animais. Adicionalmente, AkaLumine distribui bem aos tecidos do corpo e aos órgãos profundos, ao contrário de D-luciferin.

Os pesquisadores criaram um sistema sintético da bioluminescência baseado em AkaLumine alterando o gene do luciferase com a evolução dirigida. Isto permitiu-os ao sistema sintético da bioluminescência do coordenador A que poderia ser usado nos tecidos animais de vida.

O sistema resultante produziu um sinal da bioluminescência 1000 vezes mais fortes do que o luciferase do vaga-lume no cérebro do rato. Igualmente mostrou-se para permitir que os pesquisadores ver pilhas de incandescência individuais no pulmão do rato.

Uma outra alternativa a D-luciferin é CyclLuc1. CycLuc1 é um aminoluciferin que tenha um anel cinco-membrado fundido do indoline. Esta molécula tem as propriedades superiores a D-luciferin in vivo, que significa que menos carcaça está exigida para a imagem lactente, e uma saída clara mais intensa e mais persistente está produzida.

CycLuc1 cruza prontamente a barreira do sangue-cérebro e pode ser usado para alcançar tecidos de cérebro profundos. Um redshift de fotão emissores é acreditado para contribuir à intensidade melhorada da luz produzida por CycLuc1.

CycLuc1 pode simplesmente ser substituído para D-luciferin em ensaios da bioluminescência. Outros aminoluciferins experimentais foram desenvolvidos. CycLuc1 e CycLuc2 fundiram anéis cinco-membrados. CycLuc3 e CycLuc4 fundiram anéis seis-membrados do oxazine.

CycLuc5 e CycLuc6 foram projectados emitir-se a luz em uns comprimentos de onda mais longos. Têm uns 2,2,4 grupos do trimethyl-dihydroquinoline que induza uma vermelho-SHIFT nos fluorophores, tais como coumarins e oxazines. Pelo menos 12 destes aminoluciferins sintéticos foram criados.

Mutantes de Luciferase

O luciferase do vaga-lume tem um alto nível da plasticidade estrutural e aceitará um vasto leque das moléculas como carcaças. Os cientistas encontraram que uma combinação de três mutações activas do local do gene do luciferase do vaga-lume (R218K, L286M, e S347A) produziu um luciferase com selectividade de 10.000 dobras para uma carcaça sintética do luciferin sobre a carcaça natural, D-luciferin.

As três mutações da enzima tornam inactivo com D-luciferin. CycLuc7 foi encontrado para ser a carcaça óptima para o luciferase do triplo-mutante in vitro.

O luciferase do mutante elimina essencialmente a saída clara da carcaça nativa de D-luciferin ao reter ou ao melhorar a emissão clara de umas ou várias carcaças sintéticas do luciferin em pilhas vivas. Os luciferins e os luciferases sintéticos do mutante expandem significativamente a escala das opções para in vivo e in vitro ensaios.

Fontes:

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Last Updated: Feb 26, 2019

Dr. Catherine Shaffer

Written by

Dr. Catherine Shaffer

Catherine Shaffer is a freelance science and health writer from Michigan. She has written for a wide variety of trade and consumer publications on life sciences topics, particularly in the area of drug discovery and development. She holds a Ph.D. in Biological Chemistry and began her career as a laboratory researcher before transitioning to science writing. She also writes and publishes fiction, and in her free time enjoys yoga, biking, and taking care of her pets.

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