在巴西圣保羅州RibeirãoGrande市的大西洋雨林遺跡Intervales州立公園的洞穴中發(fā)現(xiàn)的一種昆蟲(chóng)幼蟲(chóng)最初對(duì)聯(lián)邦大學(xué)教授生物化學(xué)家Vadim Viviani領(lǐng)導(dǎo)的研究小組毫無(wú)興趣。索羅卡巴的圣卡洛斯(UFSCar)研究人員正在研究生物發(fā)光，即生物體產(chǎn)生自身光的能力。

然而，一種非發(fā)光洞穴蠕蟲(chóng)屬Neoditomyia的幼蟲(chóng)被證明是一種很有前途的研究對(duì)象。雖然它不像雙翅目(真蠅)那樣發(fā)出類(lèi)似于其他昆蟲(chóng)(Keroplatidae(真菌g))的昆蟲(chóng)的光，但這種昆蟲(chóng)產(chǎn)生熒光素，這是該家族生物發(fā)光成員必不可少的分子。

該發(fā)現(xiàn)是Neotropics中的第一個(gè)此類(lèi)發(fā)現(xiàn)，剛剛發(fā)表在光化學(xué)和光生物科學(xué)雜志上。

在阿巴拉契亞山脈(美國(guó)，一個(gè)物種)，新西蘭(八個(gè))，澳大利亞(一個(gè))和歐亞大陸(五個(gè))中發(fā)現(xiàn)了另外15種產(chǎn)生熒光素的Keroplatidae。都是生物發(fā)光的。

“如果我們?cè)谶@里發(fā)現(xiàn)的產(chǎn)生熒光素而不發(fā)光，那么該分子可能具有我們不知道的另一種生物化學(xué)功能，”Viviani說(shuō)。

在大西洋雨林生物群系中發(fā)現(xiàn)的洞穴蠕蟲(chóng)幼蟲(chóng)不會(huì)發(fā)光，因?yàn)闊晒馑刂皇沁@樣做的組成部分之一。熒光素是一種在氧化時(shí)發(fā)光的小分子。然而，為了使熒光素氧化并發(fā)光，動(dòng)物還必須產(chǎn)生熒光素酶，一種催化生物發(fā)光反應(yīng)的酶。這種keroplatid在北半球和大洋洲的親屬產(chǎn)生兩種分子，因此發(fā)出光，螢火蟲(chóng)，螢火蟲(chóng)和其他昆蟲(chóng)也是如此。

雙翅目和螢火蟲(chóng)中熒光素和熒光素酶的分子結(jié)構(gòu)是完全不同的，并且彼此不發(fā)光以發(fā)光。只有同一生物體產(chǎn)生的熒光素和熒光素酶才能發(fā)光。為了確定在洞穴蠕蟲(chóng)幼蟲(chóng)中發(fā)現(xiàn)的物質(zhì)是否確實(shí)是熒光素，研究人員將其與來(lái)自阿巴拉契亞山脈的keroplatid物種Orfelia fultonii的純化熒光素酶混合。令他們驚訝的是，混合物發(fā)出的藍(lán)光與O. fultonii發(fā)出的光相似。

已經(jīng)在非發(fā)光物種中發(fā)現(xiàn)了類(lèi)似于甲蟲(chóng)螢光素酶的酶，但迄今為止陸地生物中熒光素的出現(xiàn)僅限于發(fā)光物種。因此，這一發(fā)現(xiàn)的新穎性。

除了Viviani之外，該研究的共同作者還包括博士后研究員Danilo Trabuco do Amaral和博士研究員Vanessa Rezende Bevilaqua，他們都是UFSCar的附屬機(jī)構(gòu)，也是圣保羅研究基金會(huì)FAPESP的獎(jiǎng)學(xué)金獲得者，以及博士后研究員Rafaela Falaschi ，隸屬于Ponta Grossa大學(xué)。

實(shí)驗(yàn)室使用

由生物發(fā)光生物產(chǎn)生的發(fā)光物質(zhì)廣泛用于醫(yī)學(xué)，生物技術(shù)，制造和藥物的研究。例如，用生物發(fā)光物質(zhì)標(biāo)記特定細(xì)胞的基因工程允許在顯微鏡下容易地觀(guān)察它們。

“生物發(fā)光物質(zhì)用于標(biāo)記癌細(xì)胞，測(cè)試精子活力，檢測(cè)水樣中的病原體甚至重金屬，”國(guó)際生物發(fā)光與化學(xué)發(fā)光學(xué)會(huì)(ISBC)主席Viviani說(shuō)。

一旦完全表征，新的熒光素也可用于分析應(yīng)用，包括作為特定細(xì)胞的指示劑。“我們還不知道它的所有潛在應(yīng)用，但其化學(xué)成分具有可能導(dǎo)致許多其他用途的特性，”Viviani說(shuō)。

他說(shuō)，生產(chǎn)藍(lán)光的熒光素 - 熒光素酶組合的生物技術(shù)應(yīng)用不同于更有活力的熒光素 - 熒光素酶反應(yīng)的應(yīng)用，其在螢火蟲(chóng)和螢火蟲(chóng)中產(chǎn)生黃綠色光。

最近的進(jìn)化

該研究的作者還測(cè)試了另外兩種雙翅目昆蟲(chóng)的幼蟲(chóng)，以尋找與來(lái)自O(shè).fultonii的熒光素酶相互作用的熒光素。

Arachnocampa luminosa，新西蘭螢火蟲(chóng)，發(fā)光以引誘其洞穴網(wǎng)捕食，但實(shí)驗(yàn)室測(cè)試顯示該物種的生物發(fā)光不同，因?yàn)樗c阿巴拉契亞物種接觸時(shí)不發(fā)光。

用埃及伊蚊觀(guān)察到相同的結(jié)果，證明傳播登革熱，基孔肯雅病毒，寨卡病毒和黃熱病的蚊子不具有與熒光素相似的分子，或者如果它具有，則它們不與測(cè)試的熒光素酶相互作用。

然而，該研究有助于尋找其他物種中的生物發(fā)光物質(zhì)。在不發(fā)光的幼蟲(chóng)中出現(xiàn)熒光素可能表明它在角質(zhì)層中具有不同但同樣重要的生物學(xué)功能。這一發(fā)現(xiàn)表明，生物發(fā)光是一種特性，最近已經(jīng)在已經(jīng)為其他生物學(xué)目的生產(chǎn)熒光素的昆蟲(chóng)中進(jìn)化。

研究人員不排除將生物發(fā)光昆蟲(chóng)中的熒光素和熒光素酶知識(shí)用于控制攜帶疾病的蚊子的可能性，因?yàn)檫@些分子是標(biāo)記細(xì)胞和研究細(xì)胞內(nèi)過(guò)程的理想選擇。

“如果雙翅目熒光素和相關(guān)化合物確實(shí)證明在生物體的生理學(xué)中發(fā)揮重要作用，我們可能會(huì)干擾蚊子的繁殖，”Viviani說(shuō)。

該項(xiàng)目的下一階段涉及確定新型熒光素的化學(xué)結(jié)構(gòu)。Viviani計(jì)劃與圣保羅大學(xué)化學(xué)研究所(IQ-USP)教授Cassius Stevani以及其他合作機(jī)構(gòu)的同事合作開(kāi)展這項(xiàng)工作。