Uma grande variedade de animais luminosos podem ser encontrados na terra. Alguns deles são terrestres, muitos são marinhas, enquanto apenas uma espécie é conhecida de água doce [1,2]. Desde a primeira clonagem de um gene de luciferase envolvido na emissão de luz da espécie Photinus pyralis [3], uma diversidade de genes de luciferase foi relatada, principalmente de organismos terrestres [2,4].
Enquanto os besouros terrestres usam basicamente o mesmo sistema de emissão de luz com D-luciferina como substrato entre diferentes famílias, os animais marinhos luminosos usam várias luciferinas, incluindo coelenterazina, luciferina Cypridinid e luciferina dinofagelada [2,5].
Fonte: Mitani, Y., Yasuno, R., Futahashi, R. et al. Luciferase gene of a Caribbean fireworm (Syllidae) from Puerto Rico. Sci Rep 9, 13015 (2019).
A bioluminescência do tipo comprimento de onda longo e emissão de baixa energia tem recebido muita atenção tanto na sua aplicação para análise multiplex usando um grande número de cores de emissão quanto em imagens de tecidos profundos nas quais comprimentos de onda curtos são facilmente absorvidos. Muitos dos métodos básicos de imagem óptica têm uso limitado em todo o corpo de animais devido à baixa transmitância de luz em amostras biológicas. A fotopermeabilidade é suprimida pelo coeficiente de absorção de um componente específico no sangue. A forte absorção de hemoglobina (Hb) e hemoglobina ligada ao oxigênio (HbO2) reduz a transmissão de luz (e a profundidade de penetração) no sangue e nos tecidos animais. Um sistema emissor de luz que emite luz no vermelho distante e no infravermelho próximo (680-900 nm) permite imagens ideais devido aos espectros de absorção mínimos de Hb e HbO 2 . Esta região de máxima penetração de luz é conhecida como a "janela óptica" para animais inteiros.
Embora os sistemas repórteres de bioluminescência tenham sido amplamente utilizados em animais experimentais, eles ainda sofrem limitações devido à permeabilidade tecidual reduzida. O comprimento de onda de emissão da bioluminescência típica (460 a 620 nm) ocorre na região de profundidade de penetração curta. Uma emissão clara na região de 680-900 nm seria muito benéfica para um sistema repórter de bioluminescência animal de corpo inteiro ideal. Muitos sistemas bioluminescentes fizeram melhorias para mudar a emissão visível para o lado vermelho, mas não obtiveram uma emissão vermelha forte o suficiente que se sobreponha significativamente à "janela óptica" importante para a transmissão sanguínea.
Fonte: Patente JP6724119B2
Utilização em imagiologia médica
Cabe esclarecer que os termos 'luciferase' e 'luciferina' são genéricos e referem-se à enzima e ao substrato envolvidos na reação de bioluminescência, sem especificar a sua estrutura, que depende do organismo de onde provêm. Essas reações, no entanto, partilham uma característica comum ao nível molecular, porque todas requerem a presença de oxigénio, bem como a formação de um composto intermediário, um peróxido de luciferase. A energia necessária para a emissão de luz é libertada quando as ligações deste último composto são quebradas.
(...) Os tumores pulmonares são observados, após injeção de luciferina por via intravenosa ou intraperitoneal, por um sistema de imagem de bioluminescência in vivo. A Figura 7.33 mostra imagens feitas alguns minutos após a injeção de luciferina por via intravenosa em ratos que receberam uma injeção de células tumorais que codificam o gene Luc três semanas antes. (...) Os dois ratos exibem tumores pulmonares visíveis por bioluminescência nas posições dorsal e ventral. O mesmo tipo de aquisição pode ser repetido diariamente para monitorar o desenvolvimento dos tumores. A natureza quantitativa do sinal de bioluminescência significa que as variações de intensidade de luz podem ser correlacionadas com o número de células tumorais, pelo que a sua evolução pode ser avaliada quantitativamente.
Fonte: M. Lahmani, P. Boisseau, P. Houdy, Nanoscience - Nanobiotechnology and Nanobiology, Springer, 2009
