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Pesquisas avançam e código de defesa da cana-de-açúcar é descoberto

Publicado em 03 maio 2014

Um grupo de pesquisadores do Inct (Instituto Nacional de Biotecnologia para o Etanol), apoiados pela Fapesp e o Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico no estado de São Paulo, acabam de desvendar alguns dos mecanismos que fazem com que as paredes celulares da cana-de-açúcar sejam resistentes à hidrólise enzimática. A partir disso é possível extrair a energia das ligações químicas existentes nos polissacarídeos das paredes celulares de plantas, como a cana-de-açúcar.

Os resultados dos estudos foram publicados em um artigo na revista Bioenergy Research e apresentados durante o Simpósio Brasil-China para Colaboração Científica, o Fapesp Week Beijing, que aconteceu entre 16 e 18 de abril na China. O evento reuniu pesquisadores dos dois países para discutir estudos nas áreas de Ciência dos Materiais, Meio Ambiente, Energias Renováveis, Agricultura, Ciências da Vida, Medicina e Saúde, com o intuito de fomentar a colaboração científica.

A arquitetura da parede celular das plantas é composta por cadeias de microfibras de celulose que interagem e formam um conjunto de 36 moléculas, chamadas microfibrilas, que se agregam formando macrofibrilas. Essas macrofibrilas formam uma barreira que impede a entrada de água na parede celular das plantas e tornam extremamente difícil quebrar as ligações químicas dos polissacarídeos presentes nelas.

No caso da cana-de-açúcar, os pesquisadores descobriram que a parede celular da planta é composta por um conjunto de sete microfibrilas ligadas entre si por hemiceluloses. Essa formação torna ainda mais difícil a realização de hidrólise enzimática da parede celular da planta porque diminui a possível área de atuação das enzimas, explicou o pesquisador.

“Conseguimos entender agora uma parte do que chamamos de arquitetura da parede celular das plantas, isto é, como os polímeros se agregam, formando uma estrutura complexa que não é obra do acaso. Isso possibilitou levantarmos a hipótese de que a parede celular das plantas possui um código glicômico que faz com que existam partes dela abertas para a hidrólise enzimática e outras não. Isso representa o grande desafio para a hidrólise da celulose, porque ela só pode ser quebrada pela superfície”, revela o professor do Instituto de Biociências da Universidade de São Paulo (USP) e coordenador do Inct do Bioetanol, à Agência Fapesp, Marcos Buckeridge.

Os pesquisadores do Inct do Bioetanol descobriram, no entanto, que a raiz da cana-de-açúcar realiza um processo similar ao observado em plantas como o mamoeiro.

Eles constataram que durante o período de maturação a parede celular da raiz da planta é modificada e são formados espaços para circulação de ar com o intuito de melhorar seu desempenho. O aerênquima na raiz da cana-de-açúcar é iniciado por um sinal hormonal relacionado a um balanço entre os hormônios etileno e auxina.

Ao perceber esse sinal hormonal, parte da raiz da planta inicia uma morte celular programada em que as mitocôndrias das células começam a entrar em colapso e começam a ocorrer processos sequenciais de separação e expansão celular, hidrólise das hemiceluloses e, por fim, a hidrólise da celulose.

Em cada uma dessas etapas há um conjunto de enzimas utilizadas pela cana-de-açúcar para alterar a sua parede. Entre elas a expansina – proteína conhecida pela capacidade de quebrar ligações de pontes de hidrogênio e, com isso, separar a hemicelulose da celulose –, e a endopoligalactonase, que realiza a separação celular ao degradar os polímeros que mantêm as células unidas..

Por meio de sofisticadas técnicas de análise de parede celular, os pesquisadores caracterizaram o fenômeno de aerênquima na cana-de-açúcar e identificaram os genes e as enzimas que iniciam o processo.

A ideia agora é realizar a transformação da cana-de-açúcar com os genes identificados para avaliar quais os efeitos da modificação da planta com algumas dessas proteínas. Será avaliado se esse gene está ligado no genoma da cana à enzima endopoligalactonase e se ele inicia o processo de separação celular.

Um dos genes candidatos para ser utilizado na transformação da cana-de-açúcar a fim de aumentar a eficiência da hidrólise enzimática é o RAV, conhecido como um fator de transcrição iniciador de senescência em tecidos vegetais. “A meta é realizarmos o sequenciamento de um conjunto de genes da cana-de-açúcar que nos permita realizar um planejamento. Pretendemos deixar ela bem preparada, com as paredes celulares amolecidas, para diminuir o custo do coquetel de enzimas e microrganismos utilizados na hidrólise da planta ou até mesmo eliminar essa etapa de pré-tratamento”, explica Buckeridge.

Além da bioenergia, o mecanismo pode ser útil para outras áreas de pesquisa agronômica, como o controle de pragas ou de melhoria dos frutos, indicou o pesquisador.

Fonte: Cenário MT / Adaptado por CeluloseOnline