Criaturas brilhantes como vaga-lumes e águas-vivas são interessantes para os pesquisadores, já que suas moléculas bioluminescentes contribuem para a visualização de uma série de processos biológicos. Agora, cientistas no Japão turbinaram essas moléculas, tornando-os centenas de vezes mais brilhantes em tecidos profundos e permitindo imagens de células de fora do corpo. A fonte de luz produzida pela bioengenharia foi usada para rastrear células cancerosas em camundongos e a atividade das células cerebrais em macacos, mas suas aplicações vão além do laboratório.

A bioluminescência é o resultado de uma parceria. Uma enzima, nesse caso, luciferase derivada de vaga-lumes, catalisa o substrato D-luciferina, criando um brilho verde-amarelo no processo. Tem havido pesquisas consideráveis ​​para tornar este processo mais eficiente, por exemplo, trocando a luciferina por análogos sintéticos e melhorando a taxa de catálise. Atsushi Miyawaki e colegas procuraram ir mais longe, refinando ambos os ingredientes para criar AkaBLI, um sistema de bioluminescência completamente modificado por bioengenharia para uso in vivo. A pesquisa foi publicada em Ciência .

Com base em trabalho anterior, os pesquisadores sabiam que uma luciferina sintética chamada AkaLumine-HCl é capaz de penetrar na barreira hematoencefálica e produzir uma luz avermelhada que é mais facilmente vista nos tecidos do corpo. Não era muito compatível com a luciferase natural, Contudo, assim, eles mutaram sucessivamente a enzima para melhorar o emparelhamento com AkaLumine-HCl. A proteína Akaluc resultante é um catalisador mais eficiente para o substrato e mais abundantemente expressa pelas células. No cérebro do rato, esta combinação de Akaluc catalisando AkaLumine-HCl, apelidado de AkaBLI, resultou em um sinal de bioluminescência 1000 vezes mais forte do que o da reação luciferase-luciferina natural. Em outras partes do corpo, apenas uma ou duas células brilhantes eram claramente visíveis de dentro do pulmão do camundongo, algo que pode ser útil para monitorar células transplantadas.

A bioluminescência pode ser introduzida facilmente e voluntariamente, incluindo AkaBLI na água potável dos animais, que dá o brilho mais persistente, embora injetar as moléculas rendeu maior intensidade. "A melhoria fundamental, no entanto, é a aplicabilidade prática para estudos fisiológicos in vivo, "diz Miyawaki.

Com AkaBLI, como a atividade cerebral e as estruturas mudam com o comportamento pode ser observado diretamente ao longo do tempo. Em um experimento em que os ratos foram expostos a ambientes familiares e novos em gaiolas, os mesmos neurônios no hipocampo podem ser registrados ao longo de vários dias. "Esta é a primeira vez que um conjunto tão pequeno de algumas dezenas de neurônios profundos relacionados a um comportamento de aprendizagem específico pode ser visualizado de forma não invasiva, "diz Miyawaki. E em um macaco sagüi, os pesquisadores foram capazes de rastrear neurônios do cérebro profundo por mais de um ano usando AkaBLI. O potencial para este tipo de bioluminescência estável e de longa duração para a compreensão dos circuitos neurais durante comportamentos naturais, observa Miyawaki, é promissor.