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Bioluminiscencia sintetizada: Una reseña

La bioluminiscencia es una emisión de la luz producida cuando el luciferase de la enzima cataliza la oxidación de su substrato, luciferin.

Haber: anko70/Shutterstock.com

El caso más bien conocido de la bioluminiscencia es la luz producida por las luciérnagas. El luciferase de la luciérnaga ha sido aprovechado para la investigación biológica acoplando la reacción del luciferase con otros análisis enzimáticos.

Se han hecho algunos esfuerzos de utilizar bioluminiscencia en animales vivos, pero el substrato del luciferin de la luciérnaga, D-luciferin, tiene permeabilidad inferior del tejido, y afinidad pobre para el luciferase. También no cruza la barrera hematoencefálica, que limita aplicabilidad a los estudios del cerebro.

Las opciones sintetizadas al sistema del luciferase de la luciérnaga se han desarrollado para vencer las limitaciones de este análisis.

Análogos de Luciferin

Un análogo sintetizado de D-luciferin, llamado AkaLumine, produce la luz en el alcance del infrarrojo cercano, en 677 nanómetro. Esta longitud de onda puede penetrar las carrocerías y los tejidos de la mayoría de los animales. Además, AkaLumine distribuye bien a los tejidos de la carrocería y a los órganos profundos, a diferencia de D-luciferin.

Los investigadores crearon un sistema sintetizado de la bioluminiscencia basado en AkaLumine modificando el gen del luciferase con la evolución dirigida. Esto los permitió al sistema sintetizado de la bioluminiscencia del técnico A que se podría utilizar en los tejidos animales de vida.

El sistema resultante produjo una señal de la bioluminiscencia 1000 veces más fuertes que luciferase de la luciérnaga en cerebro del ratón. También fue mostrado para permitir que los investigadores vean las células que brillaban intensamente individuales en pulmón del ratón.

Otra opción a D-luciferin es CyclLuc1. CycLuc1 es un aminoluciferin que tiene un anillo cinco-membrado fundido del indoline. Esta molécula tiene propiedades superiores a D-luciferin in vivo, que significa que menos substrato está requerido para la proyección de imagen, y un rendimiento liviano más intenso y más persistente esté producido.

CycLuc1 cruza fácilmente la barrera hematoencefálica y se puede utilizar para llegar hasta los tejidos cerebrales profundos. Un desplazamiento hacia el rojo de fotones emitidos se cree para contribuir a la intensidad perfeccionada de la luz producida por CycLuc1.

CycLuc1 se puede substituir simple para D-luciferin en análisis de la bioluminiscencia. Se han desarrollado otros aminoluciferins experimentales. CycLuc1 y CycLuc2 han fundido los anillos cinco-membrados. CycLuc3 y CycLuc4 han fundido los anillos seis-membrados del oxazine.

CycLuc5 y CycLuc6 fueron diseñados para emitir la luz en longitudes de onda más largas. Tienen los 2,2,4 grupos trimetiles-dihydroquinoline que induce un desplazamiento hacia el rojo en fluorophores, tales como coumarins y oxazines. Por lo menos 12 de estos aminoluciferins sintetizados se han creado.

Mutantes de Luciferase

El luciferase de la luciérnaga tiene un alto nivel de plasticidad estructural y validará una amplia gama de moléculas como substratos. Los científicos han encontrado que una combinación de tres mutaciones activas del sitio del gen del luciferase de la luciérnaga (R218K, L286M, y S347A) produjo un luciferase con la selectividad de 10.000 dobleces para un substrato sintetizado del luciferin sobre el substrato natural, D-luciferin.

Las tres mutaciones de la enzima hacen inactivo con D-luciferin. CycLuc7 fue encontrado para ser el substrato óptimo para el luciferase del triple-mutante in vitro.

El luciferase del mutante esencialmente elimina rendimiento liviano del substrato nativo de D-luciferin mientras que conserva o perfecciona la emisión liviana de uno o más substratos sintetizados del luciferin en células vivas. Los luciferins y los luciferases sintetizados del mutante despliegan importante el alcance de las opciones para in vivo y de los análisis ines vitro.

Fuentes:

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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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