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Bioluminescência de artrópodes: diversidade biológica em biomas brasileiros; origem bioquímica; evolução estrutural/funcional de luciferases; diferenciação molecular das lanternas; aplicações biotecnológicas, ambientais e educacionais

Processo: 10/05426-8
Linha de fomento:Auxílio à Pesquisa - Temático
Vigência: 01 de maio de 2017 - 30 de abril de 2022
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
Pesq. associados: Carl Johnson ; Fábio Camargo Abdalla ; Jörg Kobarg ; Mário Tyago Murakami ; Simone Policena Rosa ; Yoshihiro Ohmiya
Auxílios(s) vinculado(s):17/22262-8 - EMU concedido no processo 2010/05426-8- câmara de fotodetecção e bioimagem CCD, AP.EMU
Bolsa(s) vinculada(s):18/07925-3 - Comparação transcricional do integumento de larvas de coleópteros bioluminescentes e não-bioluminescentes durante a ecdise; isolamento, expressão e caracterização de cumarato-ligases e lacases; e relação entre pigmentação e o processo de bioluminescência, BP.PD
18/26151-9 - Engenharia da luciferase de Amydetes vivianii para uso como reagente bioanalítico e biossensor de metais, BP.IC
18/17855-2 - Clonagem, expressão e caracterização de luciferases de fengodídeos e proteínas do sistema bioluminescente: aspectos estruturais, funcionais e evolutivos, BP.DD
+ mais bolsas vinculadas 18/19430-9 - Expressão heteróloga de luciferases em leveduras: potenciais aplicações em biossensores celulares e imunoensaios bioluminescentes, BP.PD
18/03883-4 - Implementação, manutenção e divulgação de museu de luminescência, BP.TT
17/26149-1 - Comparação dos tecidos fotogênicos e não fotogênicos de dípteros keroplatideos bioluminescentes e não-bioluminescentes: aspectos morfológicos e bioquímicos, BP.IC
18/02538-1 - Resolução das estruturas tridimensionais de luciferases de besouros e enzimas relacionadas por cristalografia de raios X: relação entre estrutura, espectros de bioluminescência e atividade oxigenásica, BP.PD - menos bolsas vinculadas
Assunto(s):Biofotônica  Indicadores biológicos  Bioluminescência  Técnicas biossensoriais  Luciferases  Biodiversidade  Artrópodes 

Resumo

A bioluminescência, a emissão de luz fria por organismos vivos, tem sido objeto de muitos estudos multidisciplinares envolvendo física, química e biologia, tendo resultado em importantes descobertas científicas e aplicações biotecnológicas no último século. Ela pode ser considerada como uma das assinaturas da vida, e por este motivo tem sido utilizada como excelente bioindicador nos níveis molecular, celular, organísmico e até biosférico. No ambiente terrestre ela ocorre entre as bactérias, fungos, anelídeos, moluscos e principalmente entre os artrópodes. Entre os insetos, o sistema bioluminescente de coleópteros é bem conhecido, enquanto que os sistemas bioluminescentes de dípteros ainda permanecem praticamente desconhecidos. O Brasil abriga a maior biodiversidade de organismos bioluminescentes do mundo, incluindo besouros, fungos e espécies marinhas. Entretanto, com a exceção de levantamentos e estudos de besouros bioluminescentes da Mata Atlântica, e mais recentemente de fungos, ainda pouco se conhece sobre a biodiversidade bioluminescente de biomas de Cerrado e Floresta Amazônica que estão severamente ameaçados pelo progresso da agropecuária. Na última década os cDNAs que codificam várias enzimas luciferases de besouros brasileiros com diferentes propriedades de bioluminescência (cores, cinéticas, sensibilidades ao pH, termoestabilidades) foram clonadas, expressas, purificadas e investigadas sob os aspectos estrutural/funcional e evolutivo pelo nosso grupo de pesquisa, revelando importantes determinantes dos espectros de bioluminescência, sensibilidade ao pH e atividade oxigenásica. Os conhecimentos adquiridos já estão permitindo a engenharia destas proteínas para melhorar sua aplicabilidade biotecnológica, sendo que algumas destas luciferases já adquiriram aplicação comercial efetiva. Entretanto, ainda permanecem várias questões em aberto, entre as quais: (1) a origem e evolução estrutural/funcional das luciferases de besouros; (2) a identidade das luciferases, luciferinas e proteínas acessórias de dípteros e outros artrópodes bioluminescentes; (3) a origem e evolução anatômica/bioquímica do aparato bioluminescente em dípteros e coleópteros e suas possíveis relações evolutivas. Além disto, apesar da inquestionável utilidade das luciferases de besouros e outros organismos para finalidades bioanalíticas, no Brasil ainda não se utilizam o amplo repertório único de luciferases recombinantes oriundas de nossa fauna, recorrendo a importação dos reagentes. Assim, este projeto temático visa realizar amplo estudo multidisciplinar da bioluminescência terrestre (especialmente de insetos no Brasil e no mundo), envolvendo: (I) levantamento da biodiversidade de artrópodes bioluminescentes em biomas de Cerrado, Floresta Amazônica, com a investigação de suas propriedades de bioluminescência, evolução e filogenia molecular, e aplicação como bioindicador ambiental; (II) investigar o sistema bioluminescente de dípteros, especialmente a identidade molecular das luciferases, luciferinas e proteínas acessórias de Orfelia fultonii da região paleártica; (III) clonar e investigar a estrutura, função e evolução molecular das luciferases e proteínas acessórias de artrópodes bioluminescentes; (IV) investigar a origem anatômica e metabólica da bioluminescência em coleópteros e dípteros bioluminescentes através de uma abordagem envolvendo biologia celular, genômica funcional, e (V) investigar a aplicabilidade das luciferases investigadas e otimizadas por nosso grupo de pesquisa no desenvolvimento de aplicações biotecnológicas, ambientais e educacionais (genes repórter, biossensores enzimáticos e celulares luminescentes, bioensaios e bioimagem, kits demonstrativos). (AU)

Matéria(s) publicada(s) na Agência FAPESP sobre o auxílio:
Brasileiros começam a desvendar sistema bioluminescente de mosquito norte-americano 
Brazilian scientists start to unravel the mystery of North American insect bioluminescent systems 
Treinamento técnico em biotecnologia na UFSCar  
Pesquisa revela como a larva-trenzinho produz luz vermelha 
Descoberto o primeiro inseto sul-americano que emite luz azul 
Pós-doutorado em fotobiologia com Bolsa da FAPESP 
Oportunidade de pesquisa em Bioquímica e Biologia Molecular na UFSCar 
Pós-doutorado em Biologia Molecular Estrutural com Bolsa da FAPESP 
Matéria(s) publicada(s) na Revista Pesquisa FAPESP sobre o auxílio::
Verde, amarelo ou vermelho 
Matéria(s) publicada(s) em Outras Mídias (60 total):
Mais itensMenos itens
Portal Exame: Pesquisa revela como larva de besouro consegue produzir luz vermelha (27/Set/2019)
FrogHeart (Canadá): Mystery of North American insect bioluminescent systems unraveled by Brazilian scientists (27/Out/2020)
Secretaria da Educação do Estado de São Paulo: Fapesp: Cientistas de São Paulo começam a desvendar sistema bioluminescente de mosquito (05/Out/2020)
Duna Press : Fapesp: Cientistas de São Paulo começam a desvendar sistema bioluminescente de mosquito (01/Out/2020)
Região Noroeste : Cientistas começam desvendar sistema bioluminescente de mosquito (30/Set/2020)
Jornal Folha da Terra (Itupeva, SP) online: Fapesp: Cientistas de São Paulo começam a desvendar sistema bioluminescente de mosquito (30/Set/2020)
Portal do Governo do Estado de São Paulo: Fapesp: Cientistas de São Paulo começam a desvendar sistema bioluminescente de mosquito (29/Set/2020)
Folha Nobre: Fapesp: Cientistas de São Paulo começam a desvendar sistema bioluminescente de mosquito (29/Set/2020)
Espaço Ecológico no Ar: Brasileiros começam a desvendar sistema bioluminescente de mosquito norte-americano (28/Set/2020)
Revista Amazônia: Brasileiros começam a desvendar sistema bioluminescente de mosquito norte-americano (28/Set/2020)
Phys.Org (Reino Unido): Brazilians start to unravel the mystery of North American insect bioluminescent systems (14/Set/2020)
AEDaily (Vietnã): Brazilians start to unravel the mystery of North American insect bioluminescent systems (14/Set/2020)
Nestia (Singapura): Brazilians start to unravel the mystery of North American insect bioluminescent systems (14/Set/2020)
Innovations Report (Alemanha): Brazilians start to unravel the mystery of North American insect bioluminescent systems (14/Set/2020)
QNewsHub (Índia): Brazilians start to unravel the mystery of North American insect bioluminescent systems (14/Set/2020)
Cover Naija (Nigéria): Brazilians start to unravel the mystery of North American insect bioluminescent systems (14/Set/2020)
Mazenz (EUA): Brazilians start to unravel the mystery of North American insect bioluminescent systems (13/Set/2020)
WorldNewsEra: Brazilians start to unravel the mystery of North American insect bioluminescent systems (12/Set/2020)
Bioengineer (Reino Unido): Brazilians start to unravel the mystery of North American insect bioluminescent systems (11/Set/2020)
Health Medicine Network (EUA): Brazilians start to unravel the mystery of North American insect bioluminescent systems (11/Set/2020)
Science Codex: Brazilians start to unravel the mystery of North American insect bioluminescent systems (11/Set/2020)
SciTech Daily (EUA): Unraveling the Mystery of Insect Bioluminescent Systems (11/Set/2020)
Scienmag Science Magazine (Reino Unido): Brazilians start to unravel the mystery of North American insect bioluminescent systems (11/Set/2020)
Brightsurf: Brazilians start to unravel the mystery of North American insect bioluminescent systems (11/Set/2020)
Agenparl (Itália): Brazilians start to unravel the mystery of North American insect bioluminescent systems (11/Set/2020)
7thSpace: Brazilians start to unravel the mystery of North American insect bioluminescent systems (11/Set/2020)
Science and Technology Research News (EUA): Researchers Show How Railroad Worms Produce Red Light (17/Out/2019)
Jornal Joseense News: Pesquisa revela como a larva-trenzinho produz luz vermelha (02/Out/2019)
Espaço Ecológico no Ar: Pesquisa revela como larva-trenzinho consegue produzir um “farol” vermelho (28/Set/2019)
Clube dos Animais: Pesquisa revela como larva-trenzinho consegue produzir um “farol” vermelho (28/Set/2019)
Esteta : Pesquisa revela como a larva-trenzinho produz luz vermelha (27/Set/2019)
Planeta online: Pesquisa revela como a larva-trenzinho produz luz vermelha (27/Set/2019)
LabNetwork: Pesquisa revela como a larva-trenzinho produz luz vermelha (27/Set/2019)
Portal Gazeta de São Carlos: Pesquisa revela como a larva-trenzinho produz luz vermelha (27/Set/2019)
Jornal Integração: Pesquisa revela como a larva (27/Set/2019)
Nikkeyweb: Pesquisa revela como larva de besouro consegue produzir luz vermelha (27/Set/2019)
Green Area (Líbano): Una investigación revela de qué manera produce luz roja el gusano ferrocarril (23/Set/2019)
Nature World News (EUA): Railroad Worms Emit Red Light – Now Scientists Finally Know How It Works (22/Set/2019)
SciTech Daily (EUA): Railroad Worms Emit Red Light – Now Scientists Finally Know How It Works (22/Set/2019)
Focus Technica: Railroad Worms Emit Red Light – Now Scientists Finally Know How It Works (22/Set/2019)
Tech Deeps: Railroad Worms Emit Red Light – Now Scientists Finally Know How It Works (22/Set/2019)
PetTraining.org: Railroad Worms Emit Red Light – Now Scientists Finally Know How It Works (22/Set/2019)
The LifeScientist.in (Índia): Railroad Worms Emit Red Light – Now Scientists Finally Know How It Works (22/Set/2019)
The Science Times (EUA): Unique Railroad Worm Light Emission Could Improve Medical Imaging, Study Says (21/Set/2019)
Phys.Org (Reino Unido): Researchers show how railroad worms produce red light (20/Set/2019)
NCYT Amazings (Espanha): Una investigación revela de qué manera produce luz roja el gusano ferrocarril (20/Set/2019)
ElChaco.info (Bolívia): Ciencia: Una investigación revela de qué manera produce luz roja el gusano ferrocarril (20/Set/2019)
Daily Science (Tokelau): Researchers show how railroad worms produce red light (20/Set/2019)
Infomediatico: Una investigación revela de qué manera produce luz roja el gusano ferrocarril (20/Set/2019)
Business Fast (Reino Unido): Red-glowing railroad worm may hold key to better medical imaging (20/Set/2019)
Business Telegraph (Reino Unido): Red-glowing railroad worm may hold key to better medical imaging (20/Set/2019)
The Engineer (Reino Unido) online: Red-glowing railroad worm may hold key to better medical imaging (20/Set/2019)
Bioengineer (Reino Unido): Researchers show how railroad worms produce red light (19/Set/2019)
Scienmag Science Magazine (Reino Unido): Researchers Show How Railroad Worms Produce Red Light (19/Set/2019)
Brightsurf: Researchers show how railroad worms produce red light (19/Set/2019)
Career Biotech: Researchers show how railroad worms produce red light (19/Set/2019)
Pharma Jobs: Researchers show how railroad worms produce red light (19/Set/2019)
7thSpace: Researchers show how railroad worms produce red light (19/Set/2019)
Scienstack: Researchers show how railroad worms produce red light (19/Set/2019)
Daily Hush Today: Onderzoekers laten zien hoe spoorwegwormen rood licht produceren (19/Set/2019)

Publicações científicas (12)
(Referências obtidas automaticamente do Web of Science e do SciELO, por meio da informação sobre o financiamento pela FAPESP e o número do processo correspondente, incluída na publicação pelos autores)
VIVIANI, VADIM R.; SILVA, JAQUELINE R.; AMARAL, DANILO T.; BEVILAQUA, VANESSA R.; ABDALLA, FABIO C.; BRANCHINI, BRUCE R.; JOHNSON, CARL H. A new brilliantly blue-emitting luciferin-luciferase system from Orfelia fultoni and Keroplatinae (Diptera). SCIENTIFIC REPORTS, v. 10, n. 1 JUN 15 2020. Citações Web of Science: 0.
ROSA, SIMONE POLICENA; MARIANO, RAONE DOS REIS; VIVIANI, VADIM R.; COSTA, CLEIDE. Morphology of immature stages of Pyrearinus pumilus (Candeze, 1863) (Coleoptera: Elateridae: Pyrophorini): the click beetle responsible for the luminous canga caves in the state of Para, Brazil. Zootaxa, v. 4778, n. 3, p. 561-570, MAY 15 2020. Citações Web of Science: 0.
OLIVEIRA, GABRIELA; VIVIANI, VADIM R. Temperature effect on the bioluminescence spectra of firefly luciferases: potential applicability for ratiometric biosensing of temperature and pH. PHOTOCHEMICAL & PHOTOBIOLOGICAL SCIENCES, v. 18, n. 11, p. 2682-2687, NOV 1 2019. Citações Web of Science: 0.
FALASCHI, RAFAELA L.; AMARAL, DANILO T.; SANTOS, ISAIAS; DOMINGOS, ADAO H. R.; JOHNSON, GRANT A.; MARTINS, ANA G. S.; VIROOMAL, IMRAN B.; POMPEIA, SERGIO L.; MIRZA, JEREMY D.; OLIVEIRA, ANDERSON G.; BECHARA, ETELVINO J. H.; VIVIANI, VADIM R.; STEVANI, V, CASSIUS. Neoceroplatus betaryiensis nov. sp. (Diptera: Keroplatidae) is the first record of a bioluminescent fungus-gnat in South America. SCIENTIFIC REPORTS, v. 9, AUG 5 2019. Citações Web of Science: 0.
PELENTIR, G. F.; BEVILAQUA, V. R.; VIVIANI, V. R. A highly efficient, thermostable and cadmium selective firefly luciferase suitable for ratiometric metal and pH biosensing and for sensitive ATP assays. PHOTOCHEMICAL & PHOTOBIOLOGICAL SCIENCES, v. 18, n. 8, p. 2061-2070, AUG 1 2019. Citações Web of Science: 0.
BEVILAQUA, V. R.; MATSUHASHI, T.; OLIVEIRA, G.; OLIVEIRA, P. S. L.; HIRANO, T.; VIVIANI, V. R. Phrixotrix luciferase and 6 `-aminoluciferins reveal a larger luciferin phenolate binding site and provide novel far-red combinations for bioimaging purposes. SCIENTIFIC REPORTS, v. 9, JUN 21 2019. Citações Web of Science: 0.
DE MELLO GABRIEL, GABRIELE VERONICA; YASUNO, RIE; MITANI, YASUO; OHMIYA, YOSHIHIRO; VIVIANI, VADIM RAVARA. Novel application of Macrolampis sp2 firefly luciferase for intracellular pH-biosensing in mammalian cells. PHOTOCHEMICAL & PHOTOBIOLOGICAL SCIENCES, v. 18, n. 5, p. 1212-1217, MAY 1 2019. Citações Web of Science: 3.
AMARAL, DANILO T.; SILVA, JAQUELINE R.; VIVIANI, VADIM R. RNA-Seq analysis of the bioluminescent and non-bioluminescent species of Elateridae (Coleoptera): Comparison to others photogenic and non-photogenic tissues of Elateroidea species. Comparative Biochemistry and Physiology D-Genomics & Proteomics, v. 29, p. 154-165, MAR 2019. Citações Web of Science: 1.
SILVA, JAQUELINE R.; AMARAL, DANILO T.; VIVIANI, VADIM R. Comparison of the Malpighian tubules and fat body transcriptional profiles of Zophobas morio larvae (Coleoptera: Tenebrionidae). Comparative Biochemistry and Physiology D-Genomics & Proteomics, v. 29, p. 95-105, MAR 2019. Citações Web of Science: 2.
VIVIANI, VADIM R.; GABRIEL, GABRIELE V. M.; BEVILAQUA, VANESSA R.; SIMOES, A. F.; HIRANO, T.; LOPES-DE-OLIVEIRA, P. S. The proton and metal binding sites responsible for the pH-dependent green-red bioluminescence color tuning in firefly luciferases. SCIENTIFIC REPORTS, v. 8, DEC 4 2018. Citações Web of Science: 4.
VIVIANI, VADIM R.; AMARAL, DANILO T.; BEVILAQUA, VANESSA R.; FALASCHI, RAFAELA L. Orfelia-type luciferin and its associated storage protein in the non-luminescent cave worm Neoditomyia sp (Diptera: Keroplatidae) from the Atlantic rainforest: biological and evolutionary implications. PHOTOCHEMICAL & PHOTOBIOLOGICAL SCIENCES, v. 17, n. 10, p. 1282-1288, OCT 1 2018. Citações Web of Science: 1.
OLIVEIRA, GABRIELA; VIVIANI, VADIM R. Comparison of the thermostability of recombinant luciferases from Brazilian bioluminescent beetles: Relationship with kinetics and bioluminescence colours. LUMINESCENCE, v. 33, n. 2, p. 282-288, MAR 2018. Citações Web of Science: 5.

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