Pesquisadores do Centro RIKEN para Ciência de Recursos Sustentáveis (CSRS) no Japão desenvolveram uma maneira de melhorar a qualidade das colheitas sem a necessidade de criar plantas especiais geneticamente modificadas. Em vez de alterar os genomas das plantas, a nova técnica se baseia em um spray que introduz moléculas bioativas nas células das plantas através de suas folhas. A nova tecnologia pode ser usada para ajudar as plantações a resistirem a pragas ou se tornarem mais resistentes à seca – em menos tempo e a um custo menor do que a produção de linhagens de safras geneticamente modificadas. O estudo foi divulgado na revista científica ACS Nano.
A tecnologia nos permite alterar diretamente os genomas e criar organismos geneticamente modificados (OGMs), incluindo alimentos transgênicos. No entanto, fazer plantas transgênicas leva tempo, dinheiro e ainda não ganhou amplo apoio público. Os pesquisadores da RIKEN CSRS liderados por Masaki Odahara desenvolveram uma alternativa aos alimentos transgênicos que pode superar esses problemas. Por exemplo, em vez de alterar o genoma de uma planta para que não expresse um determinado gene, o mesmo gene pode ser suprimido na hora, inserindo um composto bioativo específico na planta. Nesse cenário, o composto bioativo é levado para dentro das células da planta por um carreador que consegue penetrar nas paredes celulares das células vegetais.
Embora o conceito possa ser simples, fazê-lo acontecer foi um desafio. “Além de projetar uma maneira de introduzir moléculas bioativas nas plantas”, diz Odahara, “tivemos que considerar um método de entrega que fosse prático para culturas cultivadas em condições agrícolas reais”. A equipe concluiu que o melhor método seria por meio de um spray que pudesse ser implantado em grandes campos com relativa facilidade.
Muitos tipos de nanopartículas podem penetrar nas células vegetais. Os pesquisadores se concentraram nos peptídeos de penetração celular (CPPs) porque eles também podem atingir estruturas específicas dentro das células das plantas, como os cloroplastos. O primeiro desafio foi determinar quais CPPs são melhores ao usar um spray. Eles marcaram CPPs naturais e sintéticos com amarelo fluorescente, pulverizaram-nos nas folhas das plantas e mediram a quantidade de fluorescência nas folhas com um microscópio confocal de varredura a laser em diferentes pontos de tempo. Depois de realizar este procedimento em laboratório típico Arabidopsis thalianaassim como em vários tipos de soja e tomate, eles encontraram vários CPPs naturais capazes de penetrar na camada externa das folhas e, em alguns casos, até mais fundo.
Experimentos posteriores mostraram que esta técnica funcionou bem quando o DNA do plasmídeo foi anexado aos CPPs, e a análise mostrou que os genes foram efetivamente expressos nas folhas de ambos A. thaliana e soja após serem transportados para as células através de um spray aquoso. Os pesquisadores também descobriram que, ao incluir outras biomoléculas e nanoestruturas na solução de pulverização, eles poderiam aumentar temporariamente o número de poros nas folhas, o que aumentou a quantidade de pulverização absorvida pela planta.
Freqüentemente, o rendimento da colheita pode ser melhorado inserindo ou eliminando genes. Depois de criar uma planta transgênica que superexpressa a fluorescência amarela nas folhas, a equipe anexou o RNA que interfere na expressão da proteína fluorescente a um CPP. Como esperado, borrifando as folhas com essa complexa expressão de florescência amarela silenciada. “Esse resultado foi crítico”, diz Odahara, “porque é importante que qualquer alternativa à modificação genética seja capaz de alcançar o mesmo resultado funcional”. Por fim, os pesquisadores foram capazes de silenciar genes específicos de cloroplastos de maneira semelhante quando incluíram um peptídeo direcionado ao cloroplasto a um complexo específico de CPP-RNA.
“As mitocôndrias e os cloroplastos regulam grande parte da atividade metabólica de uma planta”, diz Odahara. “Direcionar essas estruturas com moléculas bioativas distribuídas por meio de spray pode efetivamente melhorar as características de qualidade economicamente desejáveis nas culturas. Nosso próximo passo é melhorar a eficiência do sistema de distribuição. Em última análise, esperamos que este sistema possa ser usado para proteger com segurança as culturas de parasitas ou outros fatores nocivos”.