Cientistas russos com colegas do Reino Unido, Espanha, Brasil, O Japão e a Áustria descreveram completamente o mecanismo de luminescência fúngica. Eles relatam que os fungos utilizam apenas quatro enzimas-chave para produzir luz e que a transferência dessas enzimas para outros organismos os torna bioluminescentes.

Alguns organismos vivos podem brilhar devido a reações químicas especiais em seus corpos. Esses organismos são chamados de bioluminescentes; eles incluem vaga-lumes, medusas e vermes, entre outros. Eles usam essa habilidade para atrair presas, assustar predadores, comunicar-se e disfarçar-se. Os cientistas identificaram milhares de espécies de organismos luminescentes e cerca de 40 mecanismos químicos para emitir luz. A maioria desses mecanismos foi apenas parcialmente estudada, ou não estudou nada.

A decodificação do mecanismo de luminescência fúngica foi possibilitada por anos de pesquisas anteriores no campo. No início do século 19, os cientistas descobriram que o micélio faz brilhar as árvores em decomposição. Em 2009, Anderson G. Oliveira e Cassius V. Stevani, co-autores do presente artigo, determinou que um único mecanismo bioquímico é compartilhado por todos os fungos que emitem luz. Em 2015-2017, uma equipe de cientistas russos liderada por Ilia Yampolsky fez uma série de descobertas importantes. Em particular, a equipe determinou a estrutura da luciferina, a molécula que emite luz quando oxidada.

Ao conduzir seu novo estudo, os cientistas descobriram um conjunto de enzimas que produzem esta molécula, bem como luciferase, uma enzima emissora de luz. Os pesquisadores usaram vários tipos de células para testar a atividade da luciferase, incluindo células cancerosas humanas e embriões de sapo com garras. Em todos os casos, eles obtiveram resultados positivos:o gene introduzido era ativo nas células, tornando-os luminescentes após a adição de luciferina

"Se você entende como funciona um sistema bioluminescente, você pode colocar os componentes necessários em um tubo de ensaio e ver a luminescência. Uma etapa importante do nosso trabalho foi a identificação das principais enzimas da luminescência fúngica:aquelas que catalisam a biossíntese da luciferina e da luciferase. Conseguimos usar uma combinação de métodos analíticos que nos permitiu 'desmontar' todo o sistema em seus componentes, "diz Konstantin Purtov, bolsista de pesquisa no Instituto de Biofísica de Krasnoyarsk e um dos pesquisadores do projeto.

O sistema de luminescência fúngica revelou-se surpreendentemente simples. Os cientistas descobriram enzimas que realizam o ciclo do ácido cafeico nas células fúngicas - um caminho para a biossíntese da luciferina e emissão de luz. A atividade dessas enzimas é necessária e suficiente para que qualquer organismo produtor de ácido cafeico se torne luminescente. E se um organismo não contém ácido cafeico, luminescência pode ser induzida pela adição de mais duas enzimas, que os autores demonstraram criando uma cepa de levedura que brilha no escuro.

"Nós descobrimos nos fungos os componentes necessários para criar um módulo genético para a bioluminescência; transferindo-o de genoma para genoma, podemos tornar praticamente qualquer organismo luminescente, que antes era uma meta inatingível para pesquisadores, "explica Alexey Kotlobay, o primeiro autor do artigo, pesquisador júnior do Laboratório de Química das Vias Metabólicas do Instituto de Química Bioorgânica de Moscou.

De acordo com os cientistas, embora muito tenha sido compreendido na genética da bioluminescência fúngica, as coisas mais interessantes ainda estão por vir.

"Os resultados do nosso estudo abrem oportunidades para novas pesquisas fundamentais, por exemplo, na ecologia de fungos ou na fotofísica de enzimas, bem como para o desenvolvimento de novas tecnologias moleculares, "acrescenta Yuliana Mokrushina, bolsista júnior de pesquisa do Laboratório de Biocatálise do Instituto de Química Bioorgânica, quem compartilha a primeira autoria no artigo publicado.

O novo sistema pode ser usado para visualização de vários processos biológicos, por exemplo, para rastrear o crescimento do tumor e a migração de células cancerosas, bem como para o desenvolvimento de novos produtos farmacêuticos. Os resultados do estudo são publicados na revista Anais da Academia Nacional de Ciências .