Científicos rusos con colegas del Reino Unido, España, Brasil, Japón y Austria han descrito completamente el mecanismo de luminiscencia de los hongos. Informan que los hongos utilizan solo cuatro enzimas clave para producir luz y que la transferencia de estas enzimas a otros organismos los hace bioluminiscentes.

Algunos organismos vivos pueden brillar debido a reacciones químicas especiales en sus cuerpos. Estos organismos se denominan bioluminiscentes; incluyen luciérnagas, medusas y gusanos, entre otros. Usan esta habilidad para atraer presas, ahuyentar a los depredadores, comunicarse y disfrazarse. Los científicos han identificado miles de especies de organismos luminiscentes y alrededor de 40 mecanismos químicos para emitir luz. La mayoría de estos mecanismos solo se han estudiado parcialmente, o no estudiado en absoluto.

La decodificación del mecanismo de luminiscencia de los hongos fue posible gracias a años de investigaciones anteriores en el campo. A principios del siglo XIX, Los científicos descubrieron que el micelio hace que los árboles en descomposición brillen. En 2009, Anderson G. Oliveira y Cassius V. Stevani, coautores del presente artículo, determinó que todos los hongos que emiten luz comparten un único mecanismo bioquímico. En 2015-2017, un equipo de científicos rusos dirigido por Ilia Yampolsky hizo una serie de descubrimientos clave. En particular, el equipo determinó la estructura de la luciferina, la molécula que emite luz cuando se oxida.

Mientras realizaban su nuevo estudio, los científicos descubrieron un conjunto de enzimas que producen esta molécula, así como luciferasa, una enzima emisora ​​de luz. Los investigadores utilizaron varios tipos de células para probar la actividad de la luciferasa, incluidas las células cancerosas humanas y los embriones de rana con garras. En todos los casos, obtuvieron resultados positivos:el gen introducido era activo en las células, haciéndolos luminiscentes tras la adición de luciferina

"Si comprende cómo funciona un sistema bioluminiscente, puede poner los componentes necesarios en un tubo de ensayo y ver luminiscencia. Una etapa importante de nuestro trabajo fue identificar las principales enzimas de luminiscencia fúngica:las que catalizan la biosíntesis de luciferina y luciferasa. Logramos utilizar una combinación de métodos analíticos que nos permitieron 'desmontar' todo el sistema en sus componentes, "dice Konstantin Purtov, investigador del Instituto de Biofísica de Krasnoyarsk y uno de los investigadores del proyecto.

El sistema de luminiscencia de hongos resultó ser sorprendentemente simple. Los científicos descubrieron enzimas que realizan el ciclo del ácido cafeico en las células de los hongos, una vía para la biosíntesis de luciferina y la emisión de luz. La actividad de estas enzimas es necesaria y suficiente para que cualquier organismo productor de ácido cafeico se vuelva luminiscente. Y si un organismo no contiene ácido cafeico, la luminiscencia se puede inducir agregando dos enzimas más, que los autores demostraron mediante la ingeniería de una cepa de levadura que brilla en la oscuridad.

"Hemos descubierto en los hongos los componentes necesarios para crear un módulo genético para la bioluminiscencia; al transferirlo de un genoma a otro, podemos hacer que prácticamente cualquier organismo sea luminiscente, que anteriormente era un objetivo inalcanzable para los investigadores, "explica Alexey Kotlobay, el primer autor del artículo, investigador junior del Laboratorio de Química de Vías Metabólicas del Instituto de Química Bioorgánica de Moscú.

Según los científicos, a pesar de que se ha entendido mucho sobre la genética de la bioluminiscencia fúngica, las cosas más interesantes aún quedan por delante.

"Los resultados de nuestro estudio abren oportunidades para nuevas investigaciones fundamentales, por ejemplo, en ecología fúngica o en fotofísica de enzimas, así como para el desarrollo de nuevas tecnologías moleculares, "agrega Yuliana Mokrushina, investigador junior del Laboratorio de Biocatálisis del Instituto de Química Bioorgánica, que comparte la primera autoría del artículo publicado.

El nuevo sistema se puede utilizar para la visualización de varios procesos biológicos, por ejemplo, para rastrear el crecimiento tumoral y la migración de células cancerosas, así como para desarrollar nuevos productos farmacéuticos. Los resultados del estudio se publican en la revista procedimientos de la Academia Nacional de Ciencias .