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在巴西洞穴蠕虫幼虫中发现的生物发光物质

在巴西圣保罗州RibeirãoGrande市的大西洋雨林遗迹Intervales州立公园的洞穴中发现的一种昆虫幼虫最初对联邦大学教授生物化学家Vadim Viviani领导的研究小组毫无兴趣。索罗卡巴的圣卡洛斯(UFSCar)研究人员正在研究生物发光,即生物体产生自身光的能力。然而,一种非发光洞穴蠕虫属Neoditomyia的幼虫被证明是一个很有前途的研究对象。虽然它不会像双翅目(真蝇)那样发出类似于其他昆虫Keroplatidae(真菌gnats)的光,但这种昆虫会产生荧光素,这是该家族生物发光成员必不可少的分子。

该发现是Neotropics中的第一个此类发现,刚刚发表在光化学和光生物科学杂志上。其他15种产生荧光素的Keroplatidae在阿巴拉契亚山脉(美国,一种),新西兰(八种),澳大利亚(一种)和欧亚大陆(五种)中发现。都是生物发光的。

“如果我们在这里发现的产生荧光素而不发光,那么该分子可能具有我们不知道的另一种生物化学功能,”Viviani说。在大西洋雨林生物群系中发现的洞穴蠕虫幼虫不会发光,因为它的荧光素只是这样做的组成部分之一。荧光素是一种在氧化(暴露于氧气)时发光的小分子。然而,为了使荧光素被氧化并发光,动物还必须产生荧光素酶,一种催化生物发光反应的酶。

这种keroplatid在北半球和大洋洲的表亲产生两种分子,因此发光,萤火虫,萤火虫和其他昆虫也是如此。双翅目和萤火虫中荧光素和荧光素酶的分子结构是完全不同的,并且彼此不发光以发光。只有同一生物体产生的荧光素和荧光素酶才能发光。为了确定在洞穴蠕虫幼虫中发现的物质是否确实是荧光素,研究人员将其与来自阿巴拉契亚山脉的角鲨科物种Orfelia fultonii的纯化荧光素酶混合。令他们惊讶的是,混合物发出的蓝光与O. fultonii发出的光相似。

已经在非发光物种中发现了类似于甲虫萤光素酶的酶,但迄今为止陆地生物中荧光素的出现仅限于发光物种。因此,这一发现的新颖性。

除了Viviani之外,该研究的共同作者还包括博士后研究员Danilo Trabuco do Amaral和博士研究员Vanessa Rezende Bevilaqua,他们都是UFSCar的附属机构,也是圣保罗研究基金会 - FAPESP的奖学金获得者,以及博士后研究员Rafaela Falaschi,隶属于Ponta Grossa大学。该研究是由FAPESP资助的主题项目“节肢动物生物发光”的一部分。

实验室使用

除了吸引夜间发现生物发光物种的人之外,他们生产的发光物质还广泛用于医学,生物技术,制造业和制药业的研究。例如,用生物发光物质标记特定细胞的基因工程允许在显微镜下容易地观察它们。

生物发光物质用于标记癌细胞,测试精子活力,检测水样中的病原体甚至重金属,”国际生物发光与化学发光学会(ISBC)主席Viviani说。一旦完全表征,新的荧光素也可用于分析应用,包括作为特定细胞的指示剂。“我们还不知道它的所有潜在应用,但其化学成分具有可能导致许多其他用途的特性,”Viviani说。

他回忆说,生产蓝光的荧光素 - 荧光素酶组合的生物技术应用不同于在萤火虫和萤火虫中产生黄绿色光的更有活力的荧光素 - 荧光素酶反应的应用。

最近的进化

该研究的作者还测试了另外两种双翅目昆虫的幼虫,以寻找与来自O.fultonii的荧光素酶相互作用的荧光素。

Arachnocampa luminosa,新西兰萤火虫,发光以引诱它的洞穴网捕食,但实验室测试显示该物种的生物发光是不同的,因为它与阿巴拉契亚物种接触时不发光。用埃及伊蚊观察到相同的结果,证明传播登革热,基孔肯雅病毒,寨卡病毒和黄热病的蚊子不具有与荧光素类似的分子,或者如果它具有,则它们不与测试的荧光素酶相互作用。

然而,该研究有助于寻找其他物种中的生物发光物质。不发光幼虫中荧光素的出现可能表明它在角质层中具有不同但同样重要的生物学功能。这一发现表明,生物发光是一种特性,最近已经在已经为其他生物学目的产生荧光素的昆虫中进化。

研究人员不排除将生物发光昆虫中的荧光素和荧光素酶知识用于控制携带疾病的蚊子的可能性,因为这些分子是标记细胞和研究细胞内过程的理想选择。“如果双翅目荧光素和相关化合物确实证明在生物体的生理学中发挥了重要作用,我们可能会干扰蚊子的繁殖,”Viviani说。

该项目的下一阶段涉及确定新型荧光素的化学结构。Viviani计划与圣保罗大学化学研究所(IQ-USP)的教授Cassius Stevani以及其他合作机构的同事合作开展这项工作。

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