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)的一種昆蟲幼蟲最初對聯(lián)邦大學教授生物化學家Vadim Viviani領(lǐng)導的研究小組毫無興趣。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)光洞穴蠕蟲屬Neoditomyia的幼蟲被證明是一種很有前途的研究對象。雖然它不像雙翅目(真蠅)那樣發(fā)出類似于其他昆蟲(Keroplatidae(真菌g))的昆蟲的光，但這種昆蟲產(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中的第一個此類發(fā)現(xiàn)，剛剛發(fā)表在光化學和光生物科學雜志上。

在阿巴拉契亞山脈(美國，一個物種)，新西蘭(八個)，澳大利亞(一個)和歐亞大陸(五個)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。

“如果我們在這里發(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功能，”Viviani說。

在大西洋雨林生物群系中發(fā)現(xiàn)的洞穴蠕蟲幼蟲不會發(fā)光，因為熒光素只是這樣做的組成部分之一。熒光素是一種在氧化時發(fā)光的小分子。然而，為了使熒光素氧化并發(fā)光，動物還必須產(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，螢火蟲和其他昆蟲也是如此。

雙翅目和螢火蟲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幼蟲中發(fā)現(xiàn)的物質(zhì)是否確實是熒光素，研究人員將其與來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)了類似于甲蟲螢光素酶的酶，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的附屬機構(gòu)，也是圣保羅研究基金會FAPESP的獎學金獲得者，以及博士后研究員Rafaela Falaschi ，隸屬于Ponta Grossa大學。

實驗室使用

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，生物技術(shù)，制造和藥物的研究。例如，用生物發(fā)光物質(zhì)標記特定細胞的基因工程允許在顯微鏡下容易地觀察它們。

“生物發(fā)光物質(zhì)用于標記癌細胞，測試精子活力，檢測水樣中的病原體甚至重金屬，”國際生物發(fā)光與化學發(fā)光學會(ISBC)主席Viviani說。

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

他說，生產(chǎn)藍光的熒光素 - 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，其在螢火蟲和螢火蟲中產(chǎn)生黃綠色光。

最近的進化

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

Arachnocampa luminosa，新西蘭螢火蟲，發(fā)光以引誘其洞穴網(wǎng)捕食，但實驗室測試顯示該物種的生物發(fā)光不同，因為它與阿巴拉契亞物種接觸時不發(fā)光。

用埃及伊蚊觀察到相同的結(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)為其他生物學目的生產(chǎn)熒光素的昆蟲中進化。

研究人員不排除將生物發(fā)光昆蟲中的熒光素和熒光素酶知識用于控制攜帶疾病的蚊子的可能性，因為這些分子是標記細胞和研究細胞內(nèi)過程的理想選擇。

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

該項目的下一階段涉及確定新型熒光素的化學結(jié)構(gòu)。Viviani計劃與圣保羅大學化學研究所(IQ-USP)教授Cassius Stevani以及其他合作機構(gòu)的同事合作開展這項工作。