Bioluminescência de espécie identificada pela primeira vez no campus da UFSCar permite detecção do Sars-CoV-2
SOROCABA/SP - Uma nova plataforma para diagnóstico de Covid-19 e outras doenças, baseada na luz de uma espécie brasileira de vagalume, foi desenvolvida por pesquisadores do Campus Sorocaba da Universidade Federal de São Carlos (UFSCar), onde a espécie foi descoberta, em 2006.
Por meio de engenharia genética, os pesquisadores associaram a enzima responsável pela bioluminescência do vagalume com uma proteína capaz de se ligar a anticorpos contra o Sars-Cov-2 e, até mesmo, a uma proteína do próprio vírus. Assim, criaram uma nova proteína, a partir dessa fusão, capaz de emitir luz quando em contato com amostras biológicas de pacientes infectados.
Vadim Viviani, pesquisador que lidera o Laboratório de Sistemas Bioluminescentes da UFSCar, estuda vagalumes e as enzimas responsáveis pela luz que emitem desde 1990. Viviani esteve entre os primeiros cientistas em todo o mundo a clonar essas enzimas, as luciferases, ou seja, a produzi-las em laboratório a partir da clonagem dos genes - fragmentos de DNA - que expressam essas enzimas no organismo dos vagalumes.
"Esta é uma das grandes vantagens da biotecnologia, a possibilidade de obter a informação genética e reproduzir a expressão dos genes que codificam produtos úteis em células que são cultiváveis, como as bactérias, com pouco custo e sem precisar capturar, neste caso, dezenas de milhares de vagalumes", situa o pesquisador. Ele conta que, antes dessa possibilidade, os Estados Unidos, por exemplo, realizavam campanhas com crianças para coleta dos insetos. "Para se ter uma ideia, eram necessários 10 mil vagalumes para obtenção de 5 mg de luciferase", complementa.
Há mais de 30 anos, portanto, Viviani realiza expedições para coleta de vagalumes brasileiros e, quando a luz emitida tem características interessantes, ele e seu grupo de pesquisa clonam a enzima para estudá-la e, eventualmente, prospectar potenciais aplicações biotecnológicas. Assim, quando chegou ao Campus Sorocaba da UFSCar para atuar como docente, em 2006, logo notou a presença no local de vagalumes com bioluminescência incomum. "Em geral, os vagalumes emitem luz na faixa do verde, tendendo para o amarelo. Este era um vagalume muito pequeno, mas com luz muito forte e tonalidade verde-azulada", conta. O cientista então clonou a luciferase do inseto que, depois, descobriu-se pertencer a uma espécie ainda não descrita, posteriormente denominada Amydetes vivianni pelo pesquisador da Universidade Federal do Rio de Janeiro (UFRJ) que a descreveu, em homenagem ao docente da UFSCar que a descobriu.
O fenômeno da bioluminescência é o equivalente em organismos vivos ao da quimioluminescência, propriedade já bastante explorada em aplicações biotecnológicas. Ambos consistem na emissão de luz a partir de uma reação química. No caso dos vagalumes, trata-se de uma reação de oxidação, por oxigênio do ar, da molécula orgânica luciferina, na qual a enzima luciferase atua como catalisadora, possibilitando a ocorrência da reação.
Covid-19
O grupo de Viviani já clonou inúmeras luciferases de diferentes espécies de vagalumes brasileiros, utilizadas em diversas aplicações. Com a emergência da pandemia de Covid-19, surgiu a ideia de buscar novas possibilidades. Para tanto, o grupo contou com recursos de projeto financiado pela Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (Fapesp), que originalmente não previa esta iniciativa. Desenvolvido inteiramente na UFSCar, o projeto contou com parceria de pesquisador do Instituto Butantan.
"O espírito de cientista nos levou a tentar contribuir no contexto dessa situação inédita, e buscamos algo que fosse factível a partir daquilo que tínhamos disponível e em um curto intervalo de tempo", relata o pesquisador da UFSCar. Daí surgiu a proteína bioluminescente para uso em testes para diagnóstico de Covid-19 que, na presença do anticorpo ou de proteínas do próprio vírus em amostras de sangue ou de secreção nasofaríngea (coletada por swab nasal, como no exame RT-PCR) às quais é acrescentada a luciferina, emite um sinal luminoso.
A luz emitida pode ser lida por câmeras de fotodetecção, equipamentos fotográficos e, até mesmo, pela câmera de um smartphone.
Os pesquisadores já realizaram os primeiros testes, cujos resultados estão em artigo recém-publicado no periódico Frontiers in Bioengineering and Biotechnology [https://www.frontiersin.org/
Também já foi depositado, com apoio da Agência de Inovação (AIn) da UFSCar, o pedido de patente da nova tecnologia, que depende ainda de parceria com empresa interessada para ser produzida em larga escala.
Por meio de engenharia genética, os pesquisadores associaram a enzima responsável pela bioluminescência do vagalume com uma proteína capaz de se ligar a anticorpos contra o Sars-Cov-2 e, até mesmo, a uma proteína do próprio vírus. Assim, criaram uma nova proteína, a partir dessa fusão, capaz de emitir luz quando em contato com amostras biológicas de pacientes infectados.
Vadim Viviani, pesquisador que lidera o Laboratório de Sistemas Bioluminescentes da UFSCar, estuda vagalumes e as enzimas responsáveis pela luz que emitem desde 1990. Viviani esteve entre os primeiros cientistas em todo o mundo a clonar essas enzimas, as luciferases, ou seja, a produzi-las em laboratório a partir da clonagem dos genes - fragmentos de DNA - que expressam essas enzimas no organismo dos vagalumes.
"Esta é uma das grandes vantagens da biotecnologia, a possibilidade de obter a informação genética e reproduzir a expressão dos genes que codificam produtos úteis em células que são cultiváveis, como as bactérias, com pouco custo e sem precisar capturar, neste caso, dezenas de milhares de vagalumes", situa o pesquisador. Ele conta que, antes dessa possibilidade, os Estados Unidos, por exemplo, realizavam campanhas com crianças para coleta dos insetos. "Para se ter uma ideia, eram necessários 10 mil vagalumes para obtenção de 5 mg de luciferase", complementa.
Há mais de 30 anos, portanto, Viviani realiza expedições para coleta de vagalumes brasileiros e, quando a luz emitida tem características interessantes, ele e seu grupo de pesquisa clonam a enzima para estudá-la e, eventualmente, prospectar potenciais aplicações biotecnológicas. Assim, quando chegou ao Campus Sorocaba da UFSCar para atuar como docente, em 2006, logo notou a presença no local de vagalumes com bioluminescência incomum. "Em geral, os vagalumes emitem luz na faixa do verde, tendendo para o amarelo. Este era um vagalume muito pequeno, mas com luz muito forte e tonalidade verde-azulada", conta. O cientista então clonou a luciferase do inseto que, depois, descobriu-se pertencer a uma espécie ainda não descrita, posteriormente denominada Amydetes vivianni pelo pesquisador da Universidade Federal do Rio de Janeiro (UFRJ) que a descreveu, em homenagem ao docente da UFSCar que a descobriu.
O fenômeno da bioluminescência é o equivalente em organismos vivos ao da quimioluminescência, propriedade já bastante explorada em aplicações biotecnológicas. Ambos consistem na emissão de luz a partir de uma reação química. No caso dos vagalumes, trata-se de uma reação de oxidação, por oxigênio do ar, da molécula orgânica luciferina, na qual a enzima luciferase atua como catalisadora, possibilitando a ocorrência da reação.
Covid-19
O grupo de Viviani já clonou inúmeras luciferases de diferentes espécies de vagalumes brasileiros, utilizadas em diversas aplicações. Com a emergência da pandemia de Covid-19, surgiu a ideia de buscar novas possibilidades. Para tanto, o grupo contou com recursos de projeto financiado pela Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (Fapesp), que originalmente não previa esta iniciativa. Desenvolvido inteiramente na UFSCar, o projeto contou com parceria de pesquisador do Instituto Butantan.
"O espírito de cientista nos levou a tentar contribuir no contexto dessa situação inédita, e buscamos algo que fosse factível a partir daquilo que tínhamos disponível e em um curto intervalo de tempo", relata o pesquisador da UFSCar. Daí surgiu a proteína bioluminescente para uso em testes para diagnóstico de Covid-19 que, na presença do anticorpo ou de proteínas do próprio vírus em amostras de sangue ou de secreção nasofaríngea (coletada por swab nasal, como no exame RT-PCR) às quais é acrescentada a luciferina, emite um sinal luminoso.
A luz emitida pode ser lida por câmeras de fotodetecção, equipamentos fotográficos e, até mesmo, pela câmera de um smartphone.
Os pesquisadores já realizaram os primeiros testes, cujos resultados estão em artigo recém-publicado no periódico Frontiers in Bioengineering and Biotechnology [https://www.frontiersin.org/
Também já foi depositado, com apoio da Agência de Inovação (AIn) da UFSCar, o pedido de patente da nova tecnologia, que depende ainda de parceria com empresa interessada para ser produzida em larga escala.
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