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As tecnologias de microbioma para transformar a agroindústria

Publicado em 26 agosto 2020

Por Daniel Pompeu (Bolsista Mídia Ciência Fapesp) | Especial para o JU

A atual pandemia de Covid-19 reforçou o caráter negativo dos microrganismos no imaginário social. Nem todos os seres invisíveis a olho nu, entretanto, causam doenças ou são sinônimo de sujeira. Na verdade, a maioria deles - incluindo vírus, bactérias, fungos e protozoários - são essenciais para a manutenção da vida na terra. A ciência tem avançado na exploração do potencial biotecnológico destes seres em diversas áreas, como a medicina, a engenharia de alimentos e a agricultura.

Já se sabe, por exemplo, que os microrganismos atuam diretamente no acesso de plantas a nutrientes como o nitrogênio. Sem eles, a sobrevivência e crescimento das plantas não seria possível. E muitos pesquisadores apostam neste potencial para desenvolver tecnologias que melhorem a sustentabilidade e eficiência da indústria agrícola.

Plantas de milho sendo testadas em estufa

O conjunto dos microrganismos e o papel que desempenham em um ambiente é chamado de microbioma. O conceito foi explicado em artigo publicado no início de julho na revista Microbiome por cientistas de 28 instituições de pesquisa ao redor do mundo. O pós-doutorando Rafael Soares de Souza é o único brasileiro a assinar o trabalho. Suas pesquisas são desenvolvidas no Centro de Pesquisa em Genômica Aplicada às Mudanças Climáticas (GCCRC) – parceria entre Unicamp e Embrapa com apoio da Fapesp.

A iniciativa foi idealizada pelo programa Microbiome Support, financiado pela Horizon 2020, uma plataforma da União Europeia que fomenta o desenvolvimento científico para problemas considerados prioritários na agenda do bloco. É o caso da produção sustentável de alimentos, considerando as quase 200 bilhões de pessoas que habitarão o planeta em 2050, de acordo com projeções da ONU. Nesse sentido, tecnologias baseadas em microbioma estão ganhando atenção de cientistas e indústria.

Os produtos desenvolvidos a partir de tecnologias de microbioma para agricultura são os chamados inoculantes. Os inoculantes são uma espécie de coquetel de microrganismos aplicados na semente, solo ou diretamente na planta e beneficiam sua resistência ou seu desenvolvimento. Souza explica que esse tipo de produto já é usado na agricultura desde a década de 1960, mas que, em geral, são baseados em microrganismos isolados, como as bactérias fixadoras de nitrogênio. “Hoje, com a investigação de microbioma, conseguimos provar que existe um efeito sinérgico, que existem combinações específicas de microrganismos que dão uma característica melhor pra planta do que inoculantes com apenas com um microrganismo”, diz Souza.

Em sua linha de pesquisa no GCCRC, Souza e seus colegas desenvolveram um inoculante que reúne o microbioma presente na cana-de-açúcar e o aplicou em plantas de milho. De acordo com o pós-graduando, as plantas com o inóculo apresentaram produtividade em biomassa de 20 a 30% maior do que aquelas que não haviam sido inoculadas com os microrganismos. O experimento foi feito em Luiz Eduardo Magalhães, na Bahia, região escolhida pelos pesquisadores pelo histórico de seca. A ideia foi testar a capacidade do inoculante de conceder resistência ao milho em condições de escassez hídrica.

Durante o experimento dos pesquisadores as plantas também foram afetadas por uma doença chamada enfezamento, causada pela cigarrinha-do-milho. “Para nossa surpresa, depois de serem afetadas pela doença, as plantas inoculadas estavam melhores do que as plantas não inoculadas. O inóculo ajudou a planta a tolerar a doença”, disse. As razões por trás desse tipo de resistência ainda estão sendo investigadas pelos pesquisadores.

Único brasileiro a assinar artigo sobre microbioma, o pós-doutorando do GCCRC, Rafael Soares Souza. No destaque, pesquisador do LGE Marcelo Falsarella Carazzolle: novas tecnologias com potencial para tornar a produção de etanol muito mais barata e sustentável

Biocombustíveis

O desenvolvimento de tecnologias baseadas em microbioma na agricultura não afeta apenas a produção de alimentos. O uso efetivo dessas tecnologias tem potencial para diminuir a necessidade de recursos hídricos, fertilizantes, aumentar sua produção e ainda tornar as plantas mais resistentes a condições de escassez, incluindo os efeitos causados pelas mudanças climáticas. No caso dos biocombustíveis, isso significa tornar a fabricação mais sustentável e barata, como analisa Marcelo Falsarella Carazzolle, técnico e pesquisador do Laboratório de Genômica e bioEnergia (LGE) na Unicamp. “O melhor de tudo é que há potencial para cultivar essas plantas em regiões com terras mais pobres em nutrientes. Isso reduz os custos do processo e torna o combustível mais competitivo. A produção de etanol de milho, que tem crescido no Brasil, poderia se beneficiar diretamente por esses avanços”, explica Carazzolle.

O pesquisador destaca o chamado etanol de segunda geração, um biocombustível produzido a partir da biomassa de uma planta e não apenas a partir do açúcar ou óleo vegetal, como acontece no modo de produção tradicional. O avanço da tecnologia tem possibilitado o uso de toda a biomassa, incluindo caule e folhas, para produção de etanol, através de um processo de conversão de fibras em açúcares. De acordo com Carazzolle, as novas tecnologias baseadas em microbioma, unidas ao desenvolvimento dessa nova indústria, têm potencial para tornar a produção de etanol muito mais barata e sustentável.

Como exemplo, ele cita o cultivo de sisal (Agave sisalana). O Brasil é o maior produtor mundial da planta, sendo a Bahia responsável por cerca de 90% dessa produção, de acordo com dados da Embrapa. A fibra extraída das folhas é utilizada para fabricação de fios e cordas, que por sua vez são usados na indústria têxtil. Grande parte da biomassa da planta, entretanto, é descartada e poderia servir de matéria prima para a produção de etanol de segunda geração. “Já existe toda uma cadeia de produtores, pessoas que plantam, que colhem e que processam essa planta para produção da fibra do sisal. Só 4% da folha é usada para fibra, o resto, uma grande quantidade de biomassa, é descartada. Nós podemos usar esse material para produção de etanol”, explica o pesquisador.

Algumas usinas já apostam fortemente no desenvolvimento de tecnologias para produção de etanol de segunda geração. No Brasil, são apenas duas em operação já com capacidade para produção desse tipo de biocombustível: Raízen e GranBio. A segunda conta com uma instalação em Alagoas com capacidade para produzir cerca de 100 mil litros diários de etanol a partir de diferentes tipos de biomassa. Agora, a GranBio investe em licenciar a tecnologia para instituições ao redor do mundo.

Do microbioma ao inoculante

Para encontrar microrganismos presentes em plantas que sejam potencial matéria prima para a construção de inoculantes, os cientistas estão investigando a própria biodiversidade brasileira. Uma das vertentes de pesquisa do Centro de Pesquisa em Genômica Aplicada às Mudanças Climáticas (GCCRC) é a análise do microbioma das plantas presentes nos campos rupestres, localizados principalmente em Minas Gerais.

A região, apesar de representar apenas 1% do território nacional e contar com um solo pobre em nutrientes, tem cerca de 5 mil plantas nativas descritas até o momento. Isso indica uma grande resistência a estresses ambientais inerente a essas espécies, o que pode ser explicado, em parte, pelos microrganismos - em sua maioria completamente desconhecidos - presentes nas plantas. “É como se fosse a ponta de um iceberg. A maior parte está embaixo da água, ainda não conhecemos”, diz Souza.

Após encontrarem o potencial microbioma, uma amostra da planta é preservada e levada até o laboratório. Começa então o trabalho da bioinformática. Já existem tecnologias que são capazes de mapear o genoma de todos os organismos presentes na planta e solo. “Vira como um caldo contendo diferentes moléculas de DNA”, compara Carazzolle, que tem experiência como bioinformata no LGE. O trabalho da bioinformática é “separar esse caldo”, reconstruindo o DNA dos microrganismos e diferenciando quais estão presentes e em qual proporção. Assim, é possível direcionar o desenvolvimento de inoculantes a partir dos microrganismos que se mostram mais essenciais ao desenvolvimento da planta ou afetam sua resistência a adversidades. Formados os inoculantes, os cientistas os testam em casas de vegetação e em campo, medindo se os efeitos esperados se mostraram na prática.

“O produto final desse trabalho todo é um conjunto de microrganismos que podem ser testados separadamente e em conjunto na forma de um coquetel. Você sabe exatamente o que cada um deles está fazendo e em que condições funcionam ou não funcionam. No fundo, queremos criar coquetéis de microrganismos que possam melhorar a agricultura como um todo”, finaliza Carazzolle.