Bioluminescência: biodiversidade; origem metabólica; estrutura/função e engenharia de luciferases; empregos em biossensores, bioensaios e bioindicação ambiental

• Processo: 23/16675-9
• Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Temático
• Data de Início da vigência: 01 de agosto de 2025
• Data de Término da vigência: 31 de julho de 2030
• Área do conhecimento: Ciências Biológicas - Biofísica - Radiologia e Fotobiologia
• Pesquisador responsável: Vadim Viviani
• Beneficiário: Vadim Viviani
• Instituição Sede: Centro de Ciências e Tecnologias para a Sustentabilidade (CCTS). Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR). Sorocaba , SP, Brasil
• Pesquisadores principais: Cassius Vinicius Stevani ; Elaine Cristina Mathias da Silva
• Pesquisadores associados: Aldo Roda ; Antonio Gilberto Ferreira ; Atílio Tomazini Júnior ; Carl Johnson ; Cristiana Caliceti ; Eliana Aparecida de Rezende Duek ; Iseli Lourenço Nantes Cardoso ; Jaqueline Rodrigues da Silva ; Jörg Kobarg ; Luiz Felipe Lima da Silveira ; Miguel Ángel Aires Borrás ; Simone Policena Rosa ; Stéphanie Vaz Nogueira Campos ; Vanessa Rezende Bevilaqua ; Yoshihiro Ohmiya
• Assunto(s): Bioimagem Evolução molecular Terapia a laser de baixa intensidade Genes reporter Luciferina Optogenética
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: Bioimagem | evolução molecular | Fotobiomodulação | genes reporter | luciferinas | optogenética | Bioluminescência e Quimioluminescência

Resumo

A bioluminescência (BL), é um importante indicador de vida aeróbica, tendo servido como modelo de estudos multidisciplinares, trazendo importantes descobertas científicas, fornecendo valiosas ferramentas bioanalíticas e indicadores luminescentes. A BL tem potencial de atender as crescentes demandas por testes bioindicativos cada vez mais rápidos, sensíveis e práticos impostas pelas atuais crises climática e ambiental. Embora os sistemas BL de alguns organismos sejam bem conhecidos e aplicados, ainda existem sistemas BL pouco estudados, cuja elucidação bioquímica poderá ampliar consideravelmente os conhecimentos, e a gama de aplicações. O Brasil, dada a sua rica biodiversidade e pioneirismo nestes estudos, constitui um campo fértil para novas descobertas, com potencial de gerar novas aplicações. Nosso grupo já levantou ~ 250 espécies de coleópteros BL nos biomas de Mata Atlântica, Cerrado e Amazônia, clonou e caracterizou o maior número de luciferases de besouros no mundo, identificando determinantes estruturais dos espectros de BL, sensibilidade ao pH e metais. A otimização destas enzimas gerou novos ensaios e produtos para diferentes finalidades. Apesar dos progressos com a BL de dípteros, as subunidades que compõe a estrutura 4aria de suas luciferases permanece incompleta. No caso de estafilinídeos e centopéias a identidade molecular das luciferase e fotoproteínas, e a estrutura química de suas respectivas luciferinas permanecem desconhecidas. Assim, esta proposta visa, a partir da biodiversidade de artrópodes BL de biomas brasileiros, investigar a origem evolutiva da BL a partir de diferentes vias metabólicos, a origem estrutural e funcional das luciferases, e com estas desenvolver insumos e ensaios luminescentes práticos que atendam as atuais demandas bioanalíticas ambientais, médicas e industriais. Os objetivos específicos são: (1) levantar a biodiversidade em bioma Amazônico; (2) a partir desta biota, identificar, clonar e caracterizar as luciferases e proteínas acessórias, identificar as luciferinas e compostos fluorescentes/fosforescentes de dípteros e centopeias; (3) investigar a relação entre estrutura/função e evolução de luciferases e proteínas acessórias; (4) a partir destas luciferases e suas formas otimizadas desenvolver: (4.1) sondas BL emissoras de luz FR/NIR e indicadores intracelulares de pH e temperatura para bioimagem e fotobiomodulação em mamíferos; (4.2) biossensores de metais tóxicos, ATP, contaminação microbiológica de alimentos e testes de viabilidade celular miniaturizados acoplados a detecção por smartphones; (4.3) ensaios enzimáticos e imunoensaios; (4.5) biomateriais luminescentes. (AU)