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Expressão, purificação e caracterização das luciferases de Cratomorphus distinctus (Lampyridae) e Euryopa clarindae (Phengodidae) e sondagem de suas aplicabilidades

Detalhes bibliográficos
Ano de defesa: 2024
Autor(a) principal: Benites, Gabrielle Rodrigues
Orientador(a): Viviani, Vadim Ravara lattes
Banca de defesa: Não Informado pela instituição
Tipo de documento: Dissertação
Tipo de acesso: Acesso aberto
Idioma: por
Instituição de defesa: Universidade Federal de São Carlos
Câmpus Sorocaba
Programa de Pós-Graduação: Programa de Pós-Graduação em Genética Evolutiva e Biologia Molecular - PPGGEv
Departamento: Não Informado pela instituição
País: Não Informado pela instituição
Palavras-chave em Português:
Palavras-chave em Inglês:
Área do conhecimento CNPq:
Link de acesso: https://repositorio.ufscar.br/handle/20.500.14289/20462
Resumo: Luciferases are the enzymes that catalyze the bioluminescence reaction in organisms such as beetles. Bioluminescence has been used for bioanalytical purposes for decades, including ATP detection assays, enzymatic assays, microbiological contamination of products in the food industry, as a reporter gene for pollutant biosensors, intracellular pH and heavy metal indicators, and bioimaging. Our research group has cloned the largest number and variety of beetle luciferases in the world, some already having bioanalytical applications, however there are still several luciferases and mutant forms with interesting properties that we have produced, but which have not yet been well characterized and applied. With the aim of expanding the range of applications, especially in biosensors for pH and potentially toxic metals, we carried out the characterization of the pH-sensitive luciferases from the lampyrid C. distinctus and the orange light-emitting luciferase from the phengodid E. clarindae. To achieve this, we subcloned the luciferase cDNA from C. distinctus and E. clarindae into a pCold vector, transformed E. coli BL21DE3 bacteria and expressed and purified the two luciferases by affinity chromatography on nickel-agarose resin. The tests showed that the C. distinctus luciferase has a high catalytic efficiency for ATP and lower for LH2, when compared to other lampyrid luciferases, in addition to having excellent sensitivity to pH and metals, especially mercury. The E. clarindae luciferase showed a high KM for LH2 and low for ATP, when compared to luciferases from other phengodids. Thus, C. distinctus luciferase has potential applicability as a mercury and pH sensor protein; while the insensitive luciferase from E. clarindae has potential as a reporter gene. Furthermore, the orange light-emitting luciferase from E. clarindae constitutes another important model to understand the structure x bioluminescence spectra relationship in coleopteran luciferases and the origin of the different bioluminescence colors.
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Bioluminescence has been used for bioanalytical purposes for decades, including ATP detection assays, enzymatic assays, microbiological contamination of products in the food industry, as a reporter gene for pollutant biosensors, intracellular pH and heavy metal indicators, and bioimaging. Our research group has cloned the largest number and variety of beetle luciferases in the world, some already having bioanalytical applications, however there are still several luciferases and mutant forms with interesting properties that we have produced, but which have not yet been well characterized and applied. With the aim of expanding the range of applications, especially in biosensors for pH and potentially toxic metals, we carried out the characterization of the pH-sensitive luciferases from the lampyrid C. distinctus and the orange light-emitting luciferase from the phengodid E. clarindae. To achieve this, we subcloned the luciferase cDNA from C. distinctus and E. clarindae into a pCold vector, transformed E. coli BL21DE3 bacteria and expressed and purified the two luciferases by affinity chromatography on nickel-agarose resin. The tests showed that the C. distinctus luciferase has a high catalytic efficiency for ATP and lower for LH2, when compared to other lampyrid luciferases, in addition to having excellent sensitivity to pH and metals, especially mercury. The E. clarindae luciferase showed a high KM for LH2 and low for ATP, when compared to luciferases from other phengodids. Thus, C. distinctus luciferase has potential applicability as a mercury and pH sensor protein; while the insensitive luciferase from E. clarindae has potential as a reporter gene. Furthermore, the orange light-emitting luciferase from E. clarindae constitutes another important model to understand the structure x bioluminescence spectra relationship in coleopteran luciferases and the origin of the different bioluminescence colors.Luciferases são as enzimas que catalisam a reação de bioluminescência em organismos como besouros. A bioluminescência tem sido utilizada com propósitos bioanalíticos há décadas, incluindo ensaios de detecção de ATP, ensaios enzimáticos, contaminação microbiológica de produtos na indústria alimentícia, como gene repórter para biossensores de poluentes, indicadores de pH intracelular e metais pesados, e bioimagem. Nosso grupo de pesquisa clonou o maior número e variedade de luciferases de besouros no mundo, algumas já tendo aplicações bioanalíticas, entretanto ainda existem várias luciferases e formas mutantes com propriedades interessantes que produzimos, mas que ainda não foram bem caracterizadas e aplicadas. Com o objetivo de ampliar a gama de aplicações, especialmente em biossensores de pH e metais potencialmente tóxicos, realizamos a caracterização das luciferases pH-sensitiva do lampirídeo C. distinctus e da emissora de luz laranja do fengodídeo E. clarindae. Para isso, fizemos a subclonagem do cDNA da luciferase de C. distinctus e E. clarindae em vetor pCold, transformamos bactérias E. coli BL21DE3 e expressamos e purificamos as duas luciferases por cromatografia de afinidade em resina de níquel-agarose. Os ensaios mostraram que a luciferase de C. distinctus possui uma eficiência catatílica alta para ATP e menor para LH2, quando comparada a outras luciferases de lampirídeos, além de ter uma excelente sensibilidade a pH e a metais, principalmente a mercúrio. A luciferase de E. clarindae apresentou KM alto para LH2 e baixo para ATP, quando comparada às luciferases de outros fengodídeos. Dessa forma, a luciferase de C. distinctus apresenta potencial aplicabilidade como proteína sensora de mercúrio e pH; enquanto que a luciferase insensitiva de E. clarindae tem potencial como gene repórter. Além disto, a luciferase emissora de luz laranja de E. clarindae constitui mais um modelo importante para compreender a relação estrutura x espectros de bioluminescência em luciferases de coleópteros e a origem das diferentes cores de bioluminescência.Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)Processo n° 130866/2022-9 e 405060/2021-1, Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)Processo n° 2022/04800-0, Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)porUniversidade Federal de São CarlosCâmpus SorocabaPrograma de Pós-Graduação em Genética Evolutiva e Biologia Molecular - PPGGEvUFSCarAttribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazilhttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/info:eu-repo/semantics/openAccessLuciferasesBiossensorC. distinctusE. clarindaeBiosensorCIENCIAS BIOLOGICAS::BIOQUIMICA::BIOLOGIA MOLECULARCIENCIAS BIOLOGICAS::BIOQUIMICACIENCIAS BIOLOGICAS::GENETICAExpressão, purificação e caracterização das luciferases de Cratomorphus distinctus (Lampyridae) e Euryopa clarindae (Phengodidae) e sondagem de suas aplicabilidadesExpression, purification and characterization of luciferases from Cratomorphus distinctus (Lampyridae) and Euryopa clarindae (Phengodidae) and investigation of their applicabilityinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisreponame:Repositório Institucional da UFSCARinstname:Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR)instacron:UFSCARTEXTDissertação de Gabrielle Rodrigues Benites- Versão Final Corrigida.pdf.txtDissertação de Gabrielle Rodrigues Benites- Versão Final Corrigida.pdf.txtExtracted texttext/plain102049https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/884efb8a-07c9-4f57-8594-3e751874c803/downloaddc8c483071eccd7c3e6340501df4377aMD53falseAnonymousREADTHUMBNAILDissertação de Gabrielle Rodrigues Benites- Versão Final Corrigida.pdf.jpgDissertação de Gabrielle Rodrigues Benites- Versão Final Corrigida.pdf.jpgGenerated Thumbnailimage/jpeg4755https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/a8db148d-1998-45de-93d1-c3e4d41ef5c4/downloadfd0fe6d09a7daa77af0f9ee85f319752MD54falseAnonymousREADORIGINALDissertação de Gabrielle Rodrigues Benites- Versão Final Corrigida.pdfDissertação de Gabrielle Rodrigues Benites- Versão Final Corrigida.pdfapplication/pdf1476809https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/d21a8bdb-c0bd-4392-b1b0-7442cebf7641/downloadca0527923654941593a55f4c2ebd7c01MD51trueAnonymousREADCC-LICENSElicense_rdflicense_rdfapplication/rdf+xml; charset=utf-8810https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/7a9fcf14-7dca-4238-a010-6e1a9262c917/downloadf337d95da1fce0a22c77480e5e9a7aecMD52falseAnonymousREAD20.500.14289/204622025-02-06 03:07:08.227http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/Attribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazilopen.accessoai:repositorio.ufscar.br:20.500.14289/20462https://repositorio.ufscar.brRepositório InstitucionalPUBhttps://repositorio.ufscar.br/oai/requestrepositorio.sibi@ufscar.bropendoar:43222025-02-06T06:07:08Repositório Institucional da UFSCAR - Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR)false
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