giovedì 18 luglio 2013

Le origini evolutive della bioluminescenza

Bioluminescenza è un termine biologico che indica la capacità di alcuni organismi viventi di emettere luce. Un esempio di organismi bioluminescenti è dato dalle lucciole, la cui capacità di emettere luce è importante ai fini dell'accoppiamento, ma sono bioluminescenti anche alcune specie di alghe, meduse, pesci, ecc. Il fenomeno della bioluminescenza è legato all'emissione di energia sotto forma di luce conseguente all'ossidazione di un substrato, generalmente appartenente alla classe di molecole dette luciferine, grazie all'azione di un enzima chiamato luciferasi. Inoltre, come si sapeva fino ad oggi, la bioluminescenza nel regno animale dev'essere apparsa almeno 400 milioni di anni fa, con alcune specie di meduse, ma in realtà i primi complessi luciferina-luciferasi sono apparsi milioni e milioni di anni prima, in alghe unicellulari (es. Noctiluca sp.) e batteri. Il problema finora è stato capire non quando, bensì come fosse comparsa la bioluminescenza a partire da una condizione di non bioluminescenza.
La bioluminescente
Pelagia noctiluca
Un gruppo di ricercatori appartenenti ad istituzioni universitarie brasiliane e giapponesi, ha fatto un'importante scoperta sulle origini di questo spettacolare fenomeno, poiché ha descritto un enzima simile alla luciferasi nelle tarme della farina, che rappresenta una sorta di anello mancante tra gli enzimi non bioluminescenti del passato (ma potenzialmente tali) e le moderne bioluminescenti luciferasi. Il gruppo di ricerca, capitanato dal Dr. Viviani, ha scoperto un meccanismo biochimico che trasforma tali enzimi, denominati "oscuri" perché di per sé non bioluminescenti, in enzimi luciferasi, ed hanno sfruttato quest'informazione per sviluppare una luciferasi completamente nuova, capace di produrre una luce brillante arancione. Si tratta del primo caso di sviluppo di una luciferasi vera e propria a partire da un precursore molecolare parecchio distante in termini evolutivi e con differenti funzioni metaboliche. 
I risultati ottenuti nell'ambito di questo progetto di ricerca spianano la strada verso nuove e più ampie possibilità d'impiego della bioluminescenza nelle biotecnologie, potendo creare luciferasi più brillanti a partire da altri composti molecolari e con un'ampia gamma di nuovi colori.

Viviani VR, Prado RA, Neves DR, Kato D, & Barbosa JA (2013). A Route from Darkness to Light: Emergence and Evolution of Luciferase Activity in AMP-CoA-Ligases Inferred from a Mealworm Luciferase-like Enzyme. Biochemistry PMID: 23705763