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As biofábricas têm aplicações em diversos setores da economia como energia, agricultura e setor industrial. A utilização da cana-de-açúcar e do milho para obtenção de biocombustíveis ou, até mesmo, a fabricação de teias sintéticas através de bactérias são exemplos práticos de biofábricas.

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RNA de interferência é um mecanismo exercido por pequenas moléculas de RNA complementares a RNAs mensageiros, o qual inibe a expressão gênica na fase de tradução ou dificulta a transcrição de genes específicos.

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Saiba o que esperar da utilização do RNA de interferência no manejo de plantas daninhas e como essa tecnologia está sendo inserida no mercado.
Por Deise Cagliari
A biotecnologia está presente na vida do produtor rural desde o surgimento da agricultura. Nos cruzamentos tradicionais de plantas e animais, até mais recentemente, com o surgimento das ferramentas de manipulação genética, que levaram ao surgimento dos organismos geneticamente modificados (OGMs).

O RNA de interferência (RNAi) como ferramenta de manejo na agricultura começou a ser estudado por volta de 2007 (primeiros trabalhos publicados). Para falarmos sobre o modo de ação do RNAi, vamos primeiro fazer uma revisão bem rápida sobre a síntese de compostos em nível celular.

Quando nós queremos construir uma casa, por exemplo, precisamos de tijolos, areia, argamassa, entre outros. Esses materiais irão dar a estrutura e sustentar a casa. Então, vamos a uma loja de construção e compramos os materiais necessários. Em nível celular, podemos dizer que o processo é de certa maneira semelhante. Contudo, o "lugar das compras" é o DNA.

O DNA é uma sequencia de letras - Adenina (A), Timina (T), Citosina (C) e Guanina (G) - que quando combinadas, formam o código genético. Sequencias específicas dessas letras formam os genes e é nesse código que estão as informações necessárias para a síntese dos componentes responsáveis pela manutenção da vida dos organismos.

Porém, a célula precisa em primeiro lugar, processar a informação contida no DNA (Figura 1).

A informação contida nos genes é copiada pela maquinaria celular (transcrita), formando uma outra molécula, o RNA mensageiro (RNAm). A partir desse RNAm, que são então produzidas as proteínas. As proteínas, assim como os materiais de construção da casa, são as moléculas necessárias para a manutenção e sustentação da vida dos organismos.

Mas qual a relação entre a produção de proteínas e o RNA de interferência?

O RNAi é uma tecnologia com a qual conseguimos impedir que a molécula de RNAm seja convertida em proteína. Uma vez que a célula não consegue sintetizar determinada proteína, o organismo acaba morrendo (Figura 2).

Pelas características que a molécula de RNA de interferência possui, essa tecnologia permite uma grande especificidade na hora da escolha do gene alvo a ser silenciado, evitando assim danos a organismos não-alvos.

Em 2012, os cientistas conseguiram, pela primeira vez, modificar geneticamente plantas de milho, fazendo com que essas produzissem (expressassem) as "moléculas de RNAi". As plantas que produziram as moléculas de RNAi se mostraram resistentes ao ataque da larva-alfinete, um inseto-praga que se alimenta das raízes das plantas de milho.

A partir de então, o que vemos é uma evolução cada vez maior da tecnologia, desde o desenvolvimento de novas plantas transgênicas até a aplicação via não-transformativa (ex.: via pulverização foliar).

A aplicação das moléculas de RNAi via pulverização foliar, é umas das estratégias de aplicação dessa tecnologia muito promissora e que tem recebido uma grande atenção dos pesquisadores. Atualmente, estudos têm mostrado a eficiência cada vez maior dessa tecnologia no controle de insetos e patógenos.

RNA de interferência no manejo de plantas daninhas

A utilização do RNAi no manejo de plantas daninhas ainda é recente e possui um vasto campo a ser explorado. A utilização direta do RNAi como uma ferramenta de controle (Herbicida RNAi) é umas das possíveis estratégias de utilização da tecnologia (Figura 3). Com a possibilidade de seleção de moléculas de RNAi especificas, e os avanços na formulação utilizando RNAi, o controle de plantas daninhas utilizando "herbicidas RNAi" através de pulverizações é uma área que vem sendo estudada.

Contudo, atualmente as pesquisas estão mais voltadas a utilização dessa tecnologia na supressão da resistência em populações de plantas resistentes (Figura 3). Mas como isso seria possível?

Em plantas daninhas, a resistência aos herbicidas é resultado, na grande maioria dos casos, de mudanças bioquímicas ou alterações fenológicas. Dentre as alterações bioquímicas que podem ocorrer, está a capacidade desenvolvida pelos biótipos resistentes de degradar rapidamente os herbicidas em compostos menos ou não tóxicos.

Através da aplicação das moléculas de RNA de interferência, podemos reduzir a expressão dos genes responsáveis pela degradação dos herbicidas, e a planta daninha passa então a ser susceptível novamente ao herbicida.

Nesse sistema, tem-se a associação do herbicida + a molécula de RNAi, em aplicações foliares, possibilitando assim o manejo de populações resistentes . Utilizando a tecnologia BioDirect™ ( glifosato + molécula de RNAi) (Bayer), os pesquisadores conseguiram reverter a resistência em caruru

Essa tecnologia também foi eficiente na reversão da resistência em plantas daninhas resistentes aos herbicidas inibidores da ALS, Protox e HPPD.

Porém, a utilização do RNAi no manejo de plantas daninhas ainda não é uma ferramenta disponível ao produtor. Algumas lacunas da tecnologia ainda precisam ser preenchidas e solucionadas. Contudo, assim que chegar ao mercado (espera-se que em breve), o RNAi será mais uma ferramenta que poderá auxiliar o produtor no manejo de insetos, patógenos e plantas daninhas no campo.

Referências

Baum, J. A., et al. Control of coleopteran insect pests through RNA interference. Nature Biotechnology 25,

Reddy, K.N.; Jha, P. Herbicide-resistant weeds: Management strategies and upcoming technologies. Indian Journal of Weed Science

Vrbničanin, S., Pavlović, D., Božić, D. Weed Resistance to Herbicides. In: Herbicide Resistance in Weeds and Crops, IntechOpen, 2017.

Sammons, D. et al. BIODIRECT™ and managing herbicide-resistant . Abstract 222 in Proceedings of the Weed Science Society of America. Lexington, KY: Weed Science Society of America, 2015.

Engenheira Agrônoma formada pela Universidade Federal de Santa Maria (2013) e mestre em Agronomia pela mesma instituição (2015). Em 2015/16 participou de um programa de treinamento agrícola no Estados Unidos na área de Manejo Integrado de Pragas. Em 2017 iniciou o doutorado em Fitossanidade na Universidade Federal de Pelotas sob orientação do professor Dr. Moisés Zotti e na modalidade cotutela em Engenharia de Biociências pela Universidade de Ghent sob orientação do professor Dr. Guy Smagghe. Vêm realizando pesquisas/trabalhos na área de entomologia a mais de 10 anos. Contato: deisecagliari@gmail.com

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O RNA de interferência vai mudar o manejo de plantas daninhas?

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Saiba o que esperar da utilização do RNA de interferência no manejo de plantas daninhas e como essa tecnologia está sendo inserida no mercado. Por Deise Cagliari A biotecnologia está presente na vida do produtor rural desde o surgimento da agricultura.

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Foto: Adilson Werneck

Plantas e animais são meios eficientes para produção de moléculas de alto valor agregado

Com a evolução da engenharia genética ao longo das três últimas décadas, muitas moléculas de alto valor agregado têm sido identificadas por cientistas ao redor do globo. Essas moléculas têm potencial de aplicação para diversos setores da economia, tais como saúde, energia, agricultura e o setor industrial.

Mas, em meio a tantas descobertas, uma pergunta incomodava os cientistas. Como produzir essas moléculas em larga escala e de forma economicamente viável? A resposta para esse questionamento está nos organismos vivos: plantas, animais e microrganismos podem ser utilizados como biofábricas ou fábricas biológicas para produção de moléculas de alto valor agregado em larga escala e com baixo custo.

Quando se fala em ciência e, principalmente, em seres vivos, tudo é muito peculiar e, na maioria das vezes, não existem generalizações. Isso significa que para cada molécula identificada é necessário estudar a melhor biofábrica para produzi-la em larga escala e com custos que tornem o processo atraente para ser acolhido pelo mercado.

Foi exatamente o que aconteceu no caso da cianovirina, uma proteína extraída da alga marinha azul-verde (Nostoc ellipsosporum) com capacidade natural de se ligar a açúcares impedindo a multiplicação do vírus HIV no corpo humano. Os efeitos positivos da cianovirina contra a Aids já estavam comprovados desde 2008 a partir de testes realizados com macacas pelo Instituto Nacional de Saúde dos Estados Unidos (NIH, sigla em inglês). Entretanto, faltava encontrar um meio viável de produzir a proteína em larga escala.

Depois de testes com bactérias, leveduras e plantas de tabaco, a equipe da Embrapa Recursos Genéticos e Biotecnologia, coordenada pelo pesquisador Elíbio Rech, conseguiu comprovar que sementes de soja geneticamente modificadas constituem uma biofábrica eficiente e viável para a produção em larga escala da cianovirina.

Segundo ele, os estudos vêm sendo feitos com a soja em razão do grande conhecimento que a comunidade científica já tem sobre a espécie, mas as pesquisas podem ser feitas com outras espécies vegetais. "As plantas, de um modo geral, agem como incubadoras de moléculas que futuramente serão biofábricas de fármacos." Ainda de acordo com Rech, a vantagem do uso da soja transgênica na produção de fármacos é, principalmente, econômica. "Essa economia, em comparação com os experimentos feitos em animais, é 40 vezes maior. Além disso, a Embrapa tem patentes para modificação genética da soja em níveis mundiais, o que permite aos cientistas uma liberdade maior para manipular a cultura".

Resultado inédito
O resultado inédito, que contou com a parceria do Instituto norte-americano e da Universidade de Londres, foi publicado na seção Editors choice da revista norte-americana Science (veja em navegue no final desta matéria). Essa revista científica, publicada pela Associação Americana para o Avanço da Ciência (AAAS, sigla em inglês), é uma das mais prestigiadas de sua categoria, com tiragem semanal de 130 mil exemplares, além das consultas online, o que eleva o número estimado de leitores a um milhão em todo o mundo.

A pesquisa começou a ser desenvolvida em 2005 e se baseia na introdução da cianovirina em sementes de soja geneticamente modificadas para produção em larga escala.
Rech, um dos autores do artigo, conta que foram realizados testes com outras biofábricas, como plantas de tabaco (N. tabacum e N. benthamiana), bactéria (E. coli) e levedura (S. cerevisiae). Entretanto, a única biofábrica que mostrou ser uma opção viável para a produção de cianovirina foi a semente de soja transgênica porque permite que a proteína seja largamente escalonada até a quantidade adequada. Aliado a esse fato, está o benefício do baixo custo do investimento requerido na produção da matéria-prima para extração da molécula.

Para se ter uma ideia do bom potencial da soja como biofábrica, ou fábrica biológica, para produção da cianovirina, no resumo do artigo publicado na Science, os cientistas responsáveis pelo artigo afirmam que "grosso modo, se a soja GM for plantada em uma estufa menor do que um campo de beisebol (97,54 metros), é possível fornecer cianovirina suficiente para proteger uma mulher 365 dias por ano durante 90 anos".

O próximo passo é a produção de sementes de soja em larga escala para isolar a cianovirina e iniciar a fase de estudos pós-clínicos. Rech faz questão de ressaltar que as sementes geneticamente modificadas não serão plantadas no campo. Elas serão cultivadas em condições controladas de contenção dentro de casas de vegetação ou estufas.
Durante as próximas fases de desenvolvimento, os cientistas contarão também com a colaboração de cientistas do Conselho de Pesquisa Científica e Industrial da África do Sul (CSIR, sigla em inglês).

Acesso livre à tecnologia
Além de inovadora, a pesquisa tem um forte componente humanitário e, por isso, países em desenvolvimento com altos índices de infestação da Aids, como alguns da África, por exemplo, terão licença de produção e uso interno, livre do pagamento de royalties. O continente continua sendo o mais afetado pela doença, com 1,1 milhão de mortos em 2013, 1,5 milhão de novas infecções e 24,7 milhões de africanos contaminados. África do Sul e Nigéria encabeçam a lista dos países mais afetados. Na América Latina, com 1,6 milhão de soropositivos em 2014 (60% deles, homens), o país mais preocupante é o Brasil, onde o índice de novos infectados pelo vírus subiu 11% entre 2005 e 2013, tendência contrária aos números globais, que apresentaram queda no mesmo período. Na Ásia, os países que apresentam maior contaminação são Índia e Indonésia, onde as infecções aumentaram 48% desde 2005.

Produção de medicamentos

Os biofármacos, ou medicamentos biológicos, como também são chamados, são obtidos por fontes ou processos biológicos, a partir do emprego industrial de microrganismos ou células modificadas geneticamente.

A utilização de plantas, animais e microrganismos geneticamente modificados para produção de medicamentos faz parte de uma plataforma tecnológica com a qual Elíbio Rech vem trabalhando desde a década de 1990. E os estudos, coordenados pela Embrapa Recursos Genéticos e Biotecnologia e que envolvem outras Unidades de pesquisa da Empresa, instituições de pesquisa e universidades do Brasil e do exterior para produção de biofármacos, avançam.

Além da cianovirina, a equipe coordenada por Rech trabalha também com antígenos como o NY-ES01 e o Hormad1, importantes no diagnóstico de câncer, e com hormônio de crescimento, entre outras. As pesquisas em estágio mais avançado consistem no desenvolvimento de plantas transgênicas de soja com anticorpo contra o câncer de mama e de plantas e animais transgênicos contendo uma proteína denominada fator IX para beneficiar hemofílicos.

"As biofábricas ou fábricas biológicas, justamente por serem capazes de expressar moléculas de alto valor agregado com custos baixos, são opções viáveis para produção de insumos, como medicamentos e fibras de interesse da indústria, entre outros", afirma o pesquisador.

Hoje, diversas substâncias, como a insulina, são sintetizadas por processos tradicionais, que usam as bactérias ou células animais modificadas em cultura. Mas Rech ressalta que o processo apresenta limitações, como o tamanho máximo e a quantidade restrita das moléculas produzidas. A intenção do grupo da Embrapa é desenvolver, a partir de plantas já domesticadas, uma plataforma tecnológica diversificada para fabricar uma variedade maior de moléculas de interesse industrial e farmacêutico, com baixo custo, maior eficiência e de forma sustentável.

O processo funciona da seguinte maneira: as células vegetais são geneticamente alteradas para receber os genes específicos e passam a atuar como biorreatores para produção da substância de interesse. O processo de transformação da planta começa com a introdução do gene por um meio líquido, dentro da semente. Depois de germinada, é feita a avaliação e seleção das plantas que estão produzindo a substância de acordo com o que foi proposto pela pesquisa.

"As sementes são transgênicos estáveis, se perpetuam em gerações, e têm a vantagem de serem fáceis de estocar e de conterem milhões de células para servir de biofábricas", avalia Rech. "Já as folhas são temporárias: produzem proteínas durante um período de até sete dias."

Na Unidade de pesquisa, as plantas são cultivadas em casas de vegetação ou estufas, nas quais as temperaturas são rigidamente controladas, há abundância de água e luz e sistemas de segurança que permitem apenas a entrada de pessoas autorizadas. São variedades de tabaco e soja transgênica com anticorpos anticâncer, hormônios do crescimento e moléculas anti-HIV inseridos em seu DNA.

"Essas plantas não são medicinais nem podem ser consumidas com fins terapêuticos, elas agem como incubadoras para a produção das moléculas", explica o cientista. E complementa: "As plantas são utilizadas somente para produzir determinado medicamento. A molécula é inserida e, como ela se multiplica por sementes ou por propagação vegetativa, é obtida uma quantidade significativa, que em seguida é purificada. As plantas não vão para a cadeia alimentar em hipótese alguma."

Rech destaca que a intenção agora é levar as pesquisas para fora do laboratório - e para isso a parceria com o setor privado é fundamental. "Mostramos que o conceito funciona, mas precisamos aliar o trabalho dos biólogos moleculares com o dos engenheiros, atrair a iniciativa privada para escalonar o processo e levá-lo adiante, transformar recurso tecnológico em inovação de fato, o que não é simples no Brasil", pontua. "Essa é uma demanda da sociedade, uma área potencialmente lucrativa que pode atrair o interesse das empresas para aplicar, na prática, nossos resultados."

Indústria farmacêutica
O Brasil é o quinto consumidor mundial de medicamentos e os brasileiros gastam nada mais nada menos do que dez bilhões de dólares por ano em remédios. Número bastante alto em relação à indústria mundial, que movimenta cerca de 350 bilhões de dólares anualmente. A biotecnologia surge como importante aliada nesse cenário. A utilização de plantas e animais geneticamente modificados como biofábricas para produção de medicamentos seguros é uma luz para que eles se tornem mais acessíveis à população.

O faturamento da biotecnologia na indústria farmacêutica mundial cresceu muito nas últimas décadas e hoje alcança aproximadamente dez bilhões de dólares por ano. Os produtos biotecnológicos estão em franco desenvolvimento e hoje alcançam dez por cento dos novos produtos atualmente no mercado. Rech acredita que o cenário brasileiro daqui a dez anos será totalmente influenciado pela biogenética.

A expectativa da Embrapa ao investir em pesquisas com biofármacos, como explica Rech, é fazer com que esses medicamentos cheguem ao mercado farmacêutico com menor custo, já que são produzidos diretamente em plantas, bactérias ou no leite dos animais. Existem evidências de que a utilização de biofábricas pode reduzir os custos de produção de proteínas recombinantes em até 50 vezes.

O pesquisador explica que as plantas produzem proteínas geneticamente modificadas, idênticas às originais, com pouco investimento de capital, resultando em produtos seguros para o consumidor. Além disso, representam um meio mais barato para a produção de medicamentos em larga escala, pois como não estão sujeitas à contaminação, evitam gastos com purificação de organismos que são potenciais causadores de doenças em humanos. Sem falar na facilidade de estocagem e transporte.

Prevenção do câncer de mama

O câncer de mama é um dos males que mais aflige a população feminina em todo o mundo. A cada ano, 182 mil mulheres são diagnosticadas com câncer de mama e, dessas, 43 mil morrem. Apesar de ser uma enfermidade com grandes chances de cura, quando detectada no início, ainda é a pior ameaça para as mulheres brasileiras, pois é o tumor maligno feminino de maior incidência e mortalidade no País. Nos últimos 20 anos, segundo dados do Instituto Nacional do Câncer (Inca), a mortalidade por câncer de mama cresceu cerca de 60%. A taxa de incidência desse câncer no Brasil foi estimada em 40,7 casos para cada 100 mil mulheres e a de mortalidade em 10,3 para o mesmo número de mulheres.

A engenharia genética pode ser um caminho promissor para a prevenção e a cura dessa enfermidade e, por isso, a Embrapa, a Universidade de Campinas (Unicamp); e a Universidade de Brasília (UnB) se uniram para desenvolver variedades de soja transgênica com anticorpos contra o câncer de mama. Essas variedades serão utilizadas para a produção de fármacos que atuarão na prevenção e diagnóstico da doença e terão também potencial terapêutico, mesmo com o câncer em estágio avançado.

Fator IX
A pesquisa que visa desenvolver plantas e animais transgênicos capazes de produzir o fator IX, uma proteína responsável pela coagulação do sangue, é uma parceria entre a Embrapa, a Universidade de Brasília (UnB), a Escola Paulista de Medicina, da Universidade Federal de São Paulo (Unifesp/EPM) e o Hospital de Apoio de Brasília. Os hemofílicos não produzem essa proteína e, por isso, quando se machucam, têm velocidade de coagulação muito mais lenta e são muito mais suscetíveis a hemorragias.

A pesquisa também está sendo desenvolvida sob a coordenação do pesquisador Elíbio Rech e tem como objetivo utilizar plantas de soja e animais como biofábricas para produção do fator IX em larga escala e custo mais reduzido. Atualmente, os hemofílicos controlam a ausência do fator IX com medicamentos.

Vantagens das biofábricas

Produzem proteínas geneticamente modificadas, idênticas às originais, com pouco investimento de capital, resultando em produtos seguros para o consumidor;

Facilidade de estocagem e transporte;

Medicamentos mais baratos e produção em larga escala;

Auxiliam no estudo de funções de moléculas vindas da biodiversidade brasileira;

Maior agregação de valor aos produtos agropecuários;

Favorecem a união entre o agronegócio e o setor farmacêutico.

Biotecnologia e biodiversidade
Além de se constituir em um importante instrumento para a produção de fármacos, a tecnologia de biofábricas pode contribuir também para o estudo de funções de moléculas oriundas da biodiversidade brasileira.

A Embrapa desenvolve um trabalho sistemático de coleta de genes da biodiversidade brasileira e muitos desses genes possuem bom potencial de utilização nas áreas de agricultura e saúde, por exemplo, por suas propriedades medicinais, entre outras. A tecnologia permitirá descobrir as funções desses genes com maior rapidez e eficiência.

As biofábricas para produção de fármacos valorizam ainda mais o agronegócio brasileiro, já que permitem a agregação de valor a plantas, animais e microrganismos.

Cientistas reproduzem molécula antiaids em arroz

Na mesma linha da pesquisa relacionada à cianovirina, os pesquisadores Teresa Capell e Paul Christou da Universidade de Lleida, na Espanha, obtiveram um meio viável para produzir o anticorpo 2G12, proteína que neutraliza o vírus da Aids. Eles desenvolveram um arroz transgênico que contém a molécula anti-HIV em seu DNA e, desse modo, a reproduz em larga escala e de maneira economicamente viável. Isso faz desse arroz uma possível biofábrica da molécula e já despertou interesse da indústria farmacêutica.
O trabalho de pesquisa foi divulgado em abril na revista Plant Biotechnology Journal . "Trata-se da mais importante publicação científica da área de Biologia após as revistas Science e Nature," afirma o pesquisador Elíbio Rech, que participou da pesquisa.

De acordo com Rech, os trabalhos foram coordenados pelos pesquisadores da Universidade espanhola, e a participação brasileira consistiu na análise do arroz modificado e na mensuração da quantidade da proteína 2G12 presente nele. "É sinal da qualidade da pesquisa brasileira, uma vez que os resultados do trabalho foram analisados somente pela equipe da Embrapa", orgulha-se Rech. Esses trabalhos analíticos foram realizados por meio de métodos de espectrometria de massa executados pelo pesquisador André Melro Murad, da mesma Unidade da Embrapa.

"Utilizamos espectrômetros de massa de última geração para avaliar a composição do arroz," conta Murad. Além da quantidade da molécula, ele também avaliou a estrutura proteica do arroz geneticamente modificado em comparação ao arroz convencional. O pesquisador da Embrapa encontrou teores do anticorpo 2G12 entre 1,8% e 2,4%. Elíbio Rech explica que são valores positivos. "Acima de 1% podemos considerar a potencial viabilidade econômica da produção dessa molécula," diz.

O método
Para utilizar o arroz como biofábrica da proteína, os pesquisadores utilizaram como vetor a bactéria patogênica Agrobacterium tumefaciens. Nesse método, a bactéria é trabalhada geneticamente, dela é extraído um gene nocivo e em seu lugar é colocada a molécula que se deseja reproduzir. Depois de multiplicada em laboratório, a bactéria é cultivada em conjunto com os tecidos da planta. Durante o processo, a bactéria insere seu DNA na planta, com a molécula desejada. A partir desse tecido, são geradas novas plantas que irão conter a molécula.

A equipe liderada por Rech, ao reproduzir a proteína cianovirina, também usada no combate à Aids, utilizou outro método para introduzir a molécula no DNA da planta, chamado biobalística. O processo consiste na utilização de microprojéteis de ouro ou tungstênio acelerados a altas velocidades − superiores a 1.500 km/h − para introduzir, via bombardeamento, o DNA de interesse em células e tecidos in vivo.

Navegue

Para saber sobre Biofábricas, acesse:
http://bit.ly/biofabricas1
http://bit.ly/biofabricas2

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Foto: Adilson Werneck Plantas e animais são meios eficientes para produção de moléculas de alto valor agregado Com a evolução da engenharia genética ao longo das três últimas décadas, muitas moléculas de alto valor agregado têm sido identificadas por cientistas ao redor do globo.

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As biofábricas são uma inovação em franca expansão no Brasil. De acordo com a Associação Brasileira de Controle Biológico ( ABCBio), o mercado de biodefensivos cresceu expressivos 77% de 2017 a 2018, saltando para um faturamento de R$ 464,5 milhões. No entanto, essa receita ainda não considera o uso da tecnologia para a elaboração de fármacos e a produção de mudas em larga escala.

Embrapa é pioneira no país no uso de tecnologia de biofábricas

As informações são de Xico Graziano, ex-presidente do Instituto Nacional de Colonização e Reforma Agrária ( Incra) e professor da GVAgro. O especialista participou da reunião conjunta das comissões de Sustentabilidade e de Agrobusiness da Câmara de Comércio Internacional França-Brasil de São Paulo ( CCIFB-SP), no dia 14 de outubro. O último encontro a tratar de tema ambiental e agricultura foi a visita de Roberto de Souza, do Ministério do Meio Ambiente.

Segundo Graziano, a Empresa Brasileira de Pesquisa Agropecuária ( Embrapa) é a pioneira no Brasil no desenvolvimento e uso das tecnologia de manipulação genética e de biofábricas. Inclusive, a companhia estatal foi a responsável pela engenharia de semente de soja modificada para produzir cianovirina, composto utilizado no combate à Aids.

Mitos relacionado ao uso de defensivos agrícolas preocupam Graziano

Os mitos sobre o uso de defensivos agrícolas e do sistema de produção da agricultura brasileira são assuntos que preocupam Graziano. No entanto, segundo Graziano, esses mitos podem, inclusive, prejudicar o desenvolvimento tecnológico e os produtos agrícolas nacionais. Um exemplo é a crença de que 70% dos alimentos no Brasil são produzidos por meio da agricultura familiar. Na verdade, os números apurados apontam para apenas 27%.

Graziano ressaltou que acredita na expansão do agronegócio brasileiro por meio das três funções principais das biofábricas. O primeiro no uso de elementos orgânicos como biodefensivos. O segundo, no entanto, como matéria-prima para fármacos e o terceiro como elemento de tecnologia e inovação para a produção de mudas em larga escala.

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Biofábricas: Inovação representa evolução da tecnologia no agronegócio

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As biofábricas são uma inovação em franca expansão no Brasil. De acordo com a Associação Brasileira de Controle Biológico ( ABCBio), o mercado de biodefensivos cresceu expressivos 77% de 2017 a 2018, saltando para um faturamento de R$ 464,5 milhões.

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RNA interferente: entenda qual o potencial dessa tecnologia promissora

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Biofábricas on farm contribuem para a estruturação de solos

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Na busca incessante por aumento de produção, ascensão dos lucros, diminuição dos custos e por poder competir em um mercado cada vez mais exigente e competitivo, o homem colocou sua capacidade intelectual em favor do desenvolvimento de pesquisas e estudos na intenção de alcançar melhorias na rentabilidade agrícola.

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Transgênico - Transgenia - Transgênese - Biotecnologia - Engenharia Genética

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MAIS SOJA - Pensou Soja, Pensou Mais Soja

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Autores: Maria José Vilaça de Vasconcelos ¹, Andréa Almeida Carneiro ², José Edson Fontes Figueiredo ³
Introdução
A modificação das características de uma planta através da manipulação do seu material genético via transgenia pode ser considerada um grande marco da biotecnologia do final do século XX. Plantas transgênicas possuem integradas no seu genoma combinações artificiais de genes provenientes de diferentes organismos (bactérias, vírus, plantas, etc.) que conferem tolerância a herbicidas, estresses bióticos e abióticos, além de expressarem proteínas capazes de modificar vias metabólicas agregando valor nutricional, entre outras características. Não obstante a finalidade dessas plantas seja beneficiar o meio ambiente, o agronegócio e os consumidores, elas geram grande controvérsia relacionada à sua segurança, uma vez que o processo de transgenia não acontece normalmente na natureza. O sucesso de uma tecnologia depende primordialmente da sua aceitação pelo público-alvo e, com relação às culturas transgênicas, surgiram preocupações éticas e percepções de risco principalmente porque a maioria dos transgênicos, aprovados para comercialização, contém elementos genéticos derivados de espécies sexualmente incompatíveis (ROMMENS, 2005).

Estas preocupações com a segurança ocasionam limitações de produção e comercialização destas plantas, principalmente pelos altos custos de uma desregulamentação do transgênico a nível mundial (Clive, 2012). Visando tornar esta importante tecnologia de transferência gênica mais aceitável pela opinião pública; reduzir a probabilidade de risco das plantas geradas e, consequentemente, diminuir os custos relacionados à biossegurança, novos processos de transformação denominados cisgenia e intragenia foram desenvolvidos como alternativas para a transgenia (Figura 1). Plantas cisgênicas e intragênicas são produzidas da mesma maneira que as plantas transgênicas, contudo apenas genes da mesma espécie ou espécies sexualmente compatíveis são utilizados, sendo as plantas resultantes destes processos semelhantes às plantas obtidas pelo melhoramento vegetal convencional (Schouten et al., 2006; Pavone; Martinelli, 2015). O objetivo deste documento é esclarecer as diferenças existentes entre os processos de modificações genéticas conhecidas como transgenia, cisgenia e intragenia e suas implicações para a biossegurança.

Transgenia: É a transferência de material genético entre espécies que não hibridizam naturalmente. Esta metodologia de melhoramento de plantas foi possível em razão do desenvolvimento da biologia molecular, que permitiu um grande avanço na identificação, caracterização, isolamento e transferência de genes entre espécies diferentes. Neste processo, os transgenes são inseridos na planta de interesse, utilizando, principalmente, transformação genética mediada por Agrobacterium tumefaciens ou bombardeamento de partículas. Em linhas gerais um transgene é constituído de regiões codificadoras do gene de interesse (GDI), do gene de seleção (GDS) e regiões regulatórias (promotores, terminadores, etc.) que controlam a expressão dos GDI e GDS (Carneiro et al., 2009). Em um transgene, estas regiões podem ser provenientes de qualquer organismo procarioto, eucarioto ou vírus, pois o DNA que codifica as proteínas de todos os organismos tem estrutura semelhante, podem ser intercambiado e continuar funcionando normalmente. Resumidamente, os transgenes são genes quiméricos em que promotores, terminadores e regiões codificadoras são provenientes de diferentes organismos.

Figura 1. Transformação genética de plantas utilizando os conceitos de intragenia, cisgenia e transgenia.

Modificações genéticas via transgenia têm o potencial de alterar a segurança das plantas, do meio ambiente e a segurança alimentar. Portanto, cultivares transgênicas são submetidas à minuciosa avaliação de segurança que utiliza uma abordagem metódica, gradual e holística. Torna-se essencial avaliar os riscos potenciais utilizando uma série de testes que incluem pesquisas de literatura, toxicologia ( in vitro, in vivo e in silico), caracterização molecular, estimativa dos níveis de expressão e exposição às proteínas, ensaios de campo, estudos de alimentação animal e avaliação nutricional, dentre outros (Cockburn, 2002). Nestas avaliações de biossegurança, uma consideração exaustiva é dada à história de uso seguro do parental não transgênico, bem como dos doadores dos genes. Isso permite uma abordagem comparativa para reconhecer as semelhanças e diferenças entre a planta transgênica e seu comparador (parental) não transgênico. Além disso, faz-se uma avaliação sistemática, do ponto de vista da segurança, de quaisquer diferenças que possam ser identificadas entre o transgene e o parental.

O objetivo da avaliação de segurança de plantas transgênicas é demonstrar que a nova cultivar é tão segura quanto sua contraparte tradicional e, como tal, não traz riscos para a saúde humana, animal ou para o meio ambiente. Além disso, outro importante objetivo da avaliação de biossegurança é auxiliar os profissionais responsáveis ou reguladores nas suas decisões de liberar ou não para comercialização uma cultivar transgênica. No Brasil, o órgão do governo que controla a segurança de qualquer produto transgênico liberado comercialmente é a Comissão Técnica Nacional de Biossegurança - CTNBio. A CTNBio é constituída por especialistas das áreas de saúde humana, animal, vegetal, meio ambiente, biotecnologia, agricultura familiar, defesa do consumidor e representantes dos diversos ministérios. A função fundamental desta Comissão é assessorar o Governo Federal na formulação, atualização e implementação da Política Nacional de Biossegurança relativa à OGM, bem como no estabelecimento de normas técnicas de segurança e pareceres técnicos referentes à proteção da saúde humana, dos organismos vivos e do meio ambiente, para atividades que envolvam construção, experimentação, cultivo, manipulação, transporte, comercialização, consumo, armazenamento, liberação e descarte de OGM e derivados.

Cisgenia: É a transferência de material genético apenas entre espécies sexualmente compatíveis (Hunter, 2014). Este processo de transferência gênica é feito utilizando as mesmas técnicas usadas na produção de uma planta transgênica, entretanto, diferentemente da transgenia, são transferidos apenas cisgenes (cis = doador e receptor dos genes são espécies sexualmente compatíveis) e nunca transgenes (trans = doador e receptor podem ser espécies não compatíveis sexualmente) (Jochemsen; Schouten, 2000). Além disso, os genes transferidos (regiões codantes e regulatórias) são exatamente iguais aos presentes na espécie de origem e não existe nenhum DNA proveniente de organismos heterólogos.

Na cisgenia, genes heterólogos, incluindo os genes do vetor e os marcadores de seleção, não são encontrados no produto final (Espinoza et al., 2013). Em uma planta cisgênica pode ser introduzida uma ou mais cópias do cisgene de interesse para aumentar a expressão de um gene (Shiva et al., 2013). A cisgenia é similar ao melhoramento genético convencional, mas com maior exatidão, pois nesta técnica ocorre a transferência apenas do gene de interesse sem qualquer problema potencial de transferência de genes deletérios ou indesejáveis, como ocorre no melhoramento convencional de plantas (Delwaide, 2014). Além disso, a cisgenia acelera o processo de melhoramento convencional, pois evita todas as etapas existentes para a eliminação das características fenotípicas não desejáveis (Rommens et al., 2007). A Tabela 1 mostra alguns exemplos de plantas transformadas utilizando o processo de cisgenia.

Tabela 1. Exemplos de plantas modificadas geneticamente utilizando cisgenes ou intragenese.

Em termos de biossegurança, uma das principais preocupações relacionadas às plantas transgênicas é a produção de uma nova proteína e seus possíveis efeitos nos organismos consumidores. Essa preocupação não é real quando a abordagem cisgênica é utilizada, uma vez que os genes transferidos são da mesma espécie ou de uma espécie sexualmente compatível. Portanto, não há produção de uma nova proteína na planta receptora e, consequentemente, as análises de risco podem ser menos rigorosas do que as realizadas para verificação da segurança das plantas transgênicas (Podevin et al., 2012). No entanto, existem algumas diferenças entre os produtos finais obtidos por cisgenia e melhoramento convencional. O cisgene está presente na planta transformada como uma cópia extra no genoma, o que poderá resultar em níveis alterados de expressão do gene-alvo. Além disso, a integração do cisgene na planta receptora é aleatória, podendo levar à mutagênese do gene no qual o cisgene se integrou (Schouten et al., 2006). Estas diferenças devem ser analisadas, usando como comparação o parental não cisgênico para se atestar a segurança da planta cisgênica.

Intragenia: A intragenia pode ser definida como a utilização de elementos genéticos específicos de uma planta, recombinação desses elementos in vitro e inserção dos cassetes de expressão resultantes em uma planta pertencente ao mesmo grupo de compatibilidade sexual (Rommens et al., 2004). Os métodos de transferência gênica são os mesmos utilizados para a transgenia ou cisgenia. Similar à cisgenia, os genes e as regiões regulatórias utilizadas na construção gênica pertencem à mesma espécie ou espécies sexualmente compatíveis. Entretanto, regiões codantes e regulatórias podem ser organizadas de maneira diferente da encontrada no genoma original, formando um gene híbrido. O silenciamento de genes utilizando a técnica de RNA de interferência (RNAi), que introduz repetições invertidas de DNA da planta receptora, também é considerado um intragene. A intragenia é menos restritiva que a cisgenia e oferece consideravelmente maiores opções para modificar a expressão do gene ao permitir combinações entre eles. Em oposição à cisgenia, o fenótipo resultante da intragenia não pode ser obtido pelos métodos convencionais de melhoramento genético de plantas, uma vez que os genes inseridos são novas combinações de elementos genéticos funcionais possuindo a mesma origem da planta nativa.

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A expressão do intragene é diferente da expressão do gene nativo (Devi et al., 2013). A Tabela 1 mostra alguns exemplos de plantas transformadas utilizando o processo de intragenia. Com relação à biossegurança de plantas produzidas utilizando o conceito da intragênese, existe o fato de que nesse procedimento emprega-se construção de genes quiméricos que não existem na natureza. Esses novos genes podem apresentar níveis e padrões de expressão diferentes dos genes parentais. Similar às plantas cisgênicas, a integração do intragene é aleatória, o que pode gerar mutações gênicas na planta receptora. As proteínas produzidas na cultivar intragênica já estão naturalmente presentes no parental não modificado geneticamente, entretanto podem ter um nível de expressão e localização tecidual diferente. As consequências para a segurança humana, animal e ambiental desse novo produto devem ser avaliadas em um estudo caso a caso e comparadas ao parental não modificado.
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Informações dos autores
¹ Farmacêutica/Bioquímica, PhD Pesquisadora Embrapa Milho e Sorgo;

² Bióloga, PhD Pesquisadora Embrapa Milho e Sorgo;

³ Biólogo, PhD Pesquisador da Embrapa Milho e Sorgo.

Fonte: Embrapa Milho e Sorgo. Documentos 243. Dezembro/2019. ISSN 1518-4277

Texto originalmente publicado em:
www.embrapa.br
Autor: Maria José Vilaça de Vasconcelos, Andréa Almeida Carneiro, José Edson Fontes Figueiredo.

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Transgenia, cisgenia e intragenia: diferenças e implicações para a biossegurança

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Autores: Maria José Vilaça de Vasconcelos 1, Andréa Almeida Carneiro 2, José Edson Fontes Figueiredo 3 Introdução A modificação das características de uma planta através da manipulação do seu material genético via transgenia pode ser considerada um grande marco da biotecnologia do final do século XX.

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CRISPR é um método de edição genética em que, resumidamente, os cientistas copiam, recortam e colam fragmentos de DNA de um organismo para alterá-lo. A técnica ainda está em desenvolvimento (e causando polêmica pelo mundo), mas uma das aplicações seria editar genes danificados ou que sofreram mutações para prevenir o surgimento de doenças e até curar problemas. No entanto, existem outras formas de o CRISPR ser útil para a humanidade.

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A CRISPR é uma nova ferramenta de edição de genoma que pode transformar esse campo da biologia - - e um recente estudo feito em embriões humanos geneticamente modificados pode ajudar a transformar essa promessa em realidade. Mas cientistas querem mexer com genoma há décadas. Por que a CRISPR de uma hora para outra se tornou uma grande esperança?

Uma explicação rápida para isso é que a CRISPR permite que cientistas modifiquem genomas com uma precisão nunca antes atingida, além de eficiência e flexibilidade. Os últimos anos foram cheios de conquistas para a CRISPR, que criou macacos com mutações programadas e também evitou a infecção do HIV em células humanas. No começo deste mês, cientistas chineses anunciaram que aplicaram a técnica em embriões humanos, o que dá uma dica dos potenciais da CRISPR para curar qualquer doença genética. E sim, isso pode nos levar à era do design de bebês (no entanto, como os resultados desse estudo nos mostram, ainda estamos longe de conseguir levar essa tecnologia para a medicina).

Em resumo, a CRISPR é muito melhor do que técnicas antigas de edição genética. E sabe o que é mais interessante? Essa técnica não foi inventada por cientistas.

A CRISPR/Cas9 vem de bactérias estreptococos...

A CRISPR é na verdade um mecanismo de defesa antigo e natural encontrado em diversas bactérias. Nos anos 1980, cientistas observaram um padrão estranho em alguns genomas bacterianos. Uma sequência de DNA poderia ser repetida diversas vezes, com sequências únicas entre as repetições. Eles chamaram essa configuração estranha de "agrupados de curtas repetições palindrômicas regularmente interespaçadas", ou CRISPR, na sigla em inglês.

Isso era um enigma até cientistas perceberem que as sequências únicas entre as repetições combinavam com o DNA de vírus - especificamente de vírus que são predadores de bactérias. A CRISPR é uma parte do sistema imunológico bacteriano, que mantém partes de vírus perigosos ao redor para poder reconhecer e se defender dessas ameaças durante os próximos ataques. A segunda parte desse mecanismo de defesa é um conjunto de enzimas chamadas Cas (proteínas associadas à CRISPR), que podem cortar precisamente o DNA e eliminar vírus invasores. Convenientemente, os genes que codificam para o Cas são sempre os que estão próximos às sequências CRISPR.

Eis como os sistemas trabalham em conjunto para acabar com os vírus, como Carl Zimmer explicou no Quanta:

Conforme a região CRISPR se enche com o DNA de vírus, ela se torna uma galeria das moléculas mais procuradas, representando os inimigos que o micróbio encontrou. O micróbio pode então usar esse DNA viral para transformar as enzimas Cas em armas guiadas com precisão. Depois, o micróbio copia o material genético em cada espaçador e o coloca em moléculas RNA. As enzimas Cas deslizam pela célula. Se encontrarem material genético de um vírus que corresponde a um RNA CRISPR, o RNA o prende. As enzimas Cas então cortam o DNA em dois, impedindo a replicação dos vírus.

Existem diversas enzimas Cas, mas a mais conhecida é chamada Cas9. Ela vem da Streptococcus pyogenes, uma bactéria conhecida por causar infecção na garganta. Juntos, eles formam o sistema CRISPR/Cas9, frequentemente abreviado para apenas CRISPR.

É uma forma mais precisa de edição de genoma...

A esta altura, você talvez já esteja ligando os pontos: a Cas9 é uma enzima que corta DNA, e a CRISPR é uma coleção de sequências de DNA que dizem à Cas9 onde exatamente deve cortar. Tudo o que os biólogos precisam fazer é fornecer à Cas9 a sequência correta, chamada RNA guia, e pronto, você pode cortar pedaços de sequências de DNA no genoma onde você quiser.

A Cas9 consegue reconhecer uma sequência com até 20 bases, assim pode ser usada para agir em genes específicos. Tudo o que é necessário fazer é projetar uma sequência-alvo usando uma ferramenta online e então ordenar para o RNA guia agir. Em questão de alguns dias a sequência-guia chega pelo correio. Você pode até consertar um gene defeituoso ao cortá-lo com CRISPR/Cas9 e então injetar uma cópia normal na célula. Ocasionalmente, no entanto, a enzina acaba cortando o lugar errado, e esse é um dos principais obstáculos para um uso amplo do sistema.

... e muito mais eficiente...

Camundongos cujos genes foram modificados ou desabilitados são a força de trabalho da pesquisa biomédica. Pode demorar até um ano para estabelecer uma nova linha de camundongos geneticamente alterados com técnicas tradicionais. Mas leva apenas alguns meses com a CRISPR/Cas9, salvando a vida de muitos camundongos e economizando tempo.

Tradicionalmente, um desses camundongos é criado com o uso de células-tronco. Pesquisadores injetam a sequência alterada de DNA nos embriões dos camundongos, e torcem para eles serem incorporados através de um processo raro chamado recombinação homóloga. Alguns camundongos da primeira geração serão quimeras, e seus corpos serão uma mistura de células com e sem a sequência mutada. Apenas algumas das quimeras terão órgãos reprodutivos que produzem esperma com a sequência alterada. Pesquisadores então cruzam essas quimeras com camundongos normais para conseguir uma segunda geração, e torcem para que alguns deles sejam heterozigotos, ou seja, carregando uma cópia normal do gene e uma modificada em cada uma das células. Se você cruzar dois desses camundongos heterozigotos, poderá conseguir uma terceira geração de camundongos com duas cópias desse gene mutante. Então são necessárias ao menos três gerações de camundongos para conseguir um mutante experimental para pesquisas. Veja tudo isso resumido em uma linha do tempo:

Agora vamos explicar como é feito um desses camundongos com a CRISPR. Pesquisadores injetam as sequências CRISPR/Cas9 em embriões de camundongos. O sistema edita ambas as cópias do gene ao mesmo tempo, e você consegue o que procura em uma geração. Com a CRISPR/Cas9 você também pode alterar, se quiser, cinco genes de uma vez, enquanto da outra forma você precisaria enfrentar o mesmo processo trabalhoso e multi-geracional cinco vezes.

A CRISPR também é mais eficiente do que duas outras técnicas de engenharia genética antigas chamadas nuclease de dedo de zinco (ZFN, na sigla em inglês) e transcrição do gene alvo ativador-como nucleases efetoras (TALEN). A ZFN e a TALEN conseguem reconhecer grandes sequências de DNA e teoricamente possuem mais especificidade do que a CRISPR/Cas9, mas elas também possuem um grande ponto fraco. Cientistas precisam criar proteínas ZFN ou TALEN customizadas a cada vez que precisarem, e frequentemente eles precisam criar diversas variações até encontrar uma que funcione. É mais fácil criar a sequência do RNA guia para a CRISPR/Cas9, e a chance de dar certo é maior.

... e pode ser usada em qualquer organismo

Muitos experimentos científicos são feitos e limitados a poucos organismos: camundongos, ratos, moscas, um nematódeo chamado C. elegans, peixe-zebra. Isso porque esses são os organismos que os cientistas estudaram mais de perto e sabem como manipular geneticamente.

Mas com a CRISPR/Cas9 é possível, ao menos teoricamente, modificar o genoma de qualquer animal debaixo do sol. Isso inclui humanos. A CRISPR pode um dia ser a cura para diversas doenças genéticas, mas obviamente a manipulação genética é um assunto delicado do ponto de vista ético e algo muito distante de se tornar comum no nosso cotidiano.

Mais próximas da realidade estão outras criaturas geneticamente modificadas - e não apenas as em laboratório. A CRISPR pode se tornar uma grande força na ecologia e conservação de espécies, especialmente quando usada em conjunto com outras ferramentas de biologia molecular. Ele poderia, por exemplo, ser usado para introduzir genes que podem lentamente matar os mosquitos que transmitem malária. Ou genes que limitem espécies invasivas como ervas daninha. Pode ser também o próximo grande passo na conservação ou melhoria do meio ambiente - abrindo assim uma caixa com novos riscos e recompensas.

Com as recentes notícias de edição de embriões humanos, A CRISPR ganhou bastante atenção e destaque como um tratamento médico do futuro. Mas focar na medicina apenas é pensar pequeno demais. Engenharia genética precisa tem o potencial de não apenas nos mudar, mas também mudar o mundo inteiro e todos os seus ecossistemas. [ Quanta, The Scientist, NOVA NEXT]

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Tudo o que você precisa saber sobre a CRISPR, nova ferramenta de edição de DNA - Gizmodo Brasil

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A CRISPR é uma nova ferramenta de edição de genoma que pode transformar esse campo da biologia - - e um recente estudo feito em embriões humanos geneticamente modificados pode ajudar a transformar essa promessa em realidade. Mas cientistas querem mexer com genoma há décadas.

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A cultura de tecidos é um termo genérico que inclui a cultura de órgãos, que é o crescimento de pequenos fragmentos de tecidos ou de um completo órgão embrionário, e cultura celular, onde as células de um tecido são dispersas por meios mecânicos ou enzimáticos e se propagam como suspensão celular ou são prendidas em uma superfície de vidro ou plástico.

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Globo Rural | Brasil possui 61 biofábricas que produz inimigos naturais para uso no campo | Globoplay

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As lavouras brasileiras se estendem por mais de 70 milhões de hectares

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A cultura de tecidos e o melhoramento genético vegetal

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A cultura de tecidos e o melhoramento genético vegetal

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A agricultura é uma atividade que promoveu uma etapa decisiva na evolução da humanidade. Seu provável início ocorreu há cerca de 10 mil anos, onde houveram os primeiros indícios de sua domesticação pelo homem. A evolução da agricultura teve como base os princípios do Melhoramento Genético Vegetal, quando a espécie humana já utilizava, de forma empírica, métodos de seleção e melhoramento para obtenção de novas plantas.

Com o passar dos anos e através do "aprofundamento" da genética como ciência, novas metodologias foram sendo utilizadas na busca de formas mais eficientes de seleção, visando à introdução de novas características como aumento de produtividade, resistência a doenças e pragas e a condições ambientais adversas, resultando numa melhor qualidade tecnológica e nutricional do produto final.

Uma técnica que vem sendo bastante utilizada como ferramenta auxiliar nos programas de melhoramento vegetal é a de Cultura de Tecidos ou de Células. Introduzida no início do século vinte, a cultura de tecidos pode ser definida como o processo de cultivo de segmentos de tecidos vegetais, chamados explantes, em meios de cultura estéreis e específicos, com o objetivo de regenerar uma nova planta in vitro, que será idêntica à planta doadora do explante. Diferentes tecidos podem ser usados como explantes, tais como: células isoladas, fragmentos de hastes e folhas, anteras, raízes, gemas axilares ou apicais e até órgãos de armazenamento. A execução da técnica é realizada em condições assépticas, em câmaras de fluxo laminar horizontal, e as plantas originadas são mantidas em salas de crescimento apropriadas, controlando-se a temperatura, umidade e o fotoperíodo.

A técnica se baseia no fenômeno da totipotência, isto é, capacidade que a célula vegetal possui de se organizar em um novo indivíduo, mantendo a informação genética necessária, sem haver recombinação gênica, dando origem a uma nova planta. Teoricamente, todas as células vegetais possuem a característica da totipotência. No entanto, a expressão da totipotencialidade está diretamente relacionada com a quantidade de tecido meristemático contido no explante. Por esta razão, ápices caulinares são melhores explantes para regeneração de novas plantas, quando comparados com segmentos de folhas e hastes.

As plantas regeneradas via cultura de tecidos, podem ser obtidas principalmente através de dois processos distintos, chamados de Organogênese e Embriogênese. A Organogênese é o processo de formação in vitro de partes aéreas ou raízes, originadas de diferentes explantes, os quais são induzidos a sofrer mudanças que levam à produção de uma estrutura unipolar, denominada primórdio vegetativo. O sistema vascular desta estrutura está freqüentemente conectado com o tecido doador do explante, resultando na formação de plântulas completas. O processo pode ocorrer diretamente a partir de células do explante original (assim chamado de Organogênese Direta) ou, indiretamente, via formação de calos, massa de células pouco ou não diferenciadas, com crescimento desordenado. A Embriogênese somática ou adventícia é o processo pelo qual células somáticas do explante diferenciam-se em embriões somáticos (não resultantes da fecundação), ocorrendo a formação de estruturas bipolares, não conectadas ao explante pelo sistema vascular, dando origem a novos indivíduos que não são produtos da fusão de gametas. Os embriões somáticos também podem ocorrer diretamente do explante (Embriogênese Somática Direta) ou mais freqüentemente, resultantes da cultura de calos (Indireta).

As aplicações da técnica de cultura de tecidos são as mais diversas, entre elas: micropropagação in vitro e limpeza clonal, visando a obtenção de plantas livres de vírus, microenxertia, manutenção e intercâmbio de germoplasma, produção de plantas duplo-haplóides através da cultura de embriões, ovários, anteras e micrósporos e ainda, é bastante útil nos estudos de introgressão gênica entre espécies distintas e transformação genética.

A micropropagação in vitro se tornou especialmente útil na produção de plantas com alto rigor sanitário e isentas de vírus, tendo uma importância prática na propagação de espécies de interesse florestal e em espécies cuja forma de propagação é a vegetativa. A adoção desta técnica possibilita um rápido aumento no número de plantas geneticamente idênticas, permitindo a produção de mudas durante o ano todo, auxiliando também na propagação de plantas cujas sementes têm baixo poder germinativo.

Apesar de não haver recombinação gênica na maioria das plantas obtidas via cultura de tecidos, algumas plantas originadas por sucessivos ciclos de cultura in vitro, podem apresentar algumas características que diferem da planta original doadora do explante, resultando em alterações estáveis e transmissíveis aos descendentes. Este fenômeno ficou conhecido como Variação Somaclonal e ocorre quando as culturas são estabelecidas a partir de explantes que não contém um meristema pré-organizado, ou ainda, quando ciclos sucessivos de cultivo são mantidos repetidamente como calos. A passagem de células e tecidos pela fase de calo, induz à uma alta atividade metabólica e divisão celular, levando ao "surgimento" de células e ou calos com características genéticas diferentes das células iniciais. Esta variação pode ser considerada como uma desvantagem quando for necessário garantir a fidelidade clonal. No entanto, alguns programas de melhoramento de plantas estão fundamentados na variabilidade genética gerada espontaneamente, seja ela in vivo ou in vitro, para seleção de materiais de interesse agronômico. A seleção neste caso seria dependente das variações induzidas através do processo de cultivo de células ou tecidos in vitro, se tornando uma ferramenta essencial ao desenvolvimento do programa. Indicações de uso da variação somaclonal em muitas plantas, têm estimulado o interesse em aplicações deste método para a melhoria da produção agrícola, uma vez que plantas de diferentes espécies já foram obtidas através desta técnica, expressando resistência a estresses ambientais, tolerância a fungos e bactérias e até melhor qualidade de grãos.

Dentro das mais diversas aplicações das técnicas de cultura de tecidos, a produção de plantas haplóides (Haploidização), vem se destacando como importante ferramenta no estabelecimento de programas de melhoramento genético vegetal. As técnicas convencionais adotadas nos programas de melhoramento possuem certa limitação na identificação de variabilidade genética de gerações altamente segregantes, havendo a necessidade de se trabalhar com um número muito grande de plantas. No sistema convencional de melhoramento de plantas autógamas, o processo usado para fixação de genes é bastante lento, sendo necessários de sete a oito ciclos de autofecundação (sucessivos retrocruzamentos) para a obtenção de linhas totalmente puras (homozigotas), fundamentais para garantia da manutenção do perfil genético. A técnica de haploidização pode acelerar este processo, permitindo a obtenção de linhagens completamente homozigotas em uma única geração, diminuindo o tempo necessário na obtenção de tais linhas, os custos de mão de obra e de produção. Além disso, por serem homozigotas, as plantas geradas ficarão livres de problemas como dominância e recessividade, eliminando o efeito da heterozigose. A planta gerada será haplóide, possuindo apenas a metade do número cromossômico da espécie, sendo portanto estéril. Para restaurar a sua fertilidade, é necessário a duplicação cromossômica, que pode ser espontânea ou induzida, conseguida pela aplicação de colchicina. As plantas resultantes desta técnica são chamadas de duplo-haplóides e possuem seu conteúdo genético duplicado e restabelecido para o normal. Os métodos mais utilizados na produção de plantas duplo-haplóides em cereais (na Embrapa Trigo) são a Androgênese e a Gimnogênese. A androgênese é o processo pelo qual ocorre o desenvolvimento de uma nova planta, através da cultura in vitro de anteras ou micrósporos (célula gamética masculina jovem), sem que haja a fertilização. Na gimnogênese, o processo é obtido, se utilizando durante a fase dos cruzamentos, pólen de espécies não relacionadas, com posterior eliminação do genoma da espécie doadora do pólen. Este processo ocorre nas primeiras fases embrionárias, sendo esta técnica chamada de Resgate de Embriões Imaturos. Metodologias mais eficientes para a produção de plantas duplo-haplóides, visando o melhoramento genético das plantas cultivadas, vêm sendo constantemente investigadas. A cultura de micrósporos isolados vem aos poucos substituindo as técnicas de cultura de anteras e de resgate de embriões, oferecendo um maior número de plantas regeneradas e espontaneamente duplicadas in vitro.

O uso cada vez mais aplicado das técnicas de cultura de tecidos e células pode contribuir ainda mais na evolução dos programas de melhoramento de plantas, acelerando, simplificando e tornando mais eficiente o processo de obtenção de novas cultivares.

Sandra Mansur Scagliusi

Pesquisadora da Embrapa Trigo
Contatos: (54) 3316.5800 / www.cnpt.embrapa.br

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Artigo - A cultura de tecidos e o melhoramento genético vegetal

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A agricultura é uma atividade que promoveu uma etapa decisiva na evolução da humanidade. Seu provável início ocorreu há cerca de 10 mil anos, onde houveram os primeiros indícios de sua domesticação pelo homem. A evolução da agricultura teve como b...

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Manipulação genética e microprogramação genética são termos para o processo de manipulação dos genes num organismo, geralmente fora do processo normal reprodutivo deste. Envolvem frequentemente o isolamento, a manipulação e a introdução do DNA num ser vivo, geralmente para expressar um gene. O objetivo é introduzir novas características num ser vivo para aumentar a sua utilidade, tal como aumentando a área de uma espécie de cultivo, introduzindo uma nova característica, ou produzindo uma nova proteína ou enzima

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Técnicas de biotecnologia podem aumentar e acelerar a produção de mudas e vencer barreiras de propagação de plantas de difícil germinação

Os avanços da biotecnologia trouxeram benefícios para o cultivo de plantas, graças a técnicas de cultura de tecidos hoje é possível micropropagar plantas em laboratório.

Como funciona a micropropagação de plantas

Através desta técnica conseguimos, a partir de uma única planta, multiplicar várias outras, ou seja produzir clones da planta mãe.
E tudo isso porque as plantas conseguem se regenerar a partir de um pequeno conjunto de células, isto se as células estiverem em um ambiente específico que estimule a regeneração. Dentro de um laboratório é possível obter um ambiente perfeito para a regeneração das plantas, com o uso de soluções de macro e micro nutrientes adequadas para cada espécie e algumas vezes com o uso de reguladores de crescimento vegetal conseguimos a regeneração e multiplicação de plantas.

Vantagens da micropropagação

A micropropagação possibilita a obtenção de um elevado número de mudas em um curto espaço de tempo, pois as plântulas são cultivadas em potes vedados e permanecem em sala de crescimento em condições que simulam o ambiente externo, com luz e temperatura controladas. A condição ótima de crescimento faz com que as plantas se desenvolvam rapidamente e em grande quantidade, pois os frascos ocupam pouco espaço. Por serem mantidas em um ambiente asséptico, é possível garantir que as mudas não possuem doenças ou pragas.

Além de ser uma técnica para multiplicação em escala, a micropropagação é importante para vencer barreiras que dificultam a geminação ou propagação de algumas espécies de plantas, por exemplo, a germinação de orquídeas que possui sementes muito pequenas e necessitam de um ambiente específico para germinar. Em outros casos a planta pode não apresentar sementes viáveis para germinação, então é preciso retirar uma pequena porção da planta e introduzir in vitro em um meio de cultivo adequado com os nutrientes e reguladores necessários para a brotação.

Desafios do processo de micropropagação

As maiores dificuldade deste método de multiplicação de plantas são os protocolos de cultivo, muitas espécies ainda não foram estudadas. A aclimatização, que é a retirada das mudas dos frascos para o substrato, também deve ser feita com cuidado, pois é o primeiro contato da muda com o ambiente externo.

Micropropagação de plantas no Brasil

Esta técnica tem avançado bastante no mercado, no Brasil a maior parte de mudas comercializadas de algumas espécies, como banana, são provenientes da micropropagação, devido a garantia de alta qualidade genética e sanitária. No mundo os números são maiores, diversas plantas são propagadas utilizando esta técnica, formando verdadeiras plantações dentro do laboratório.

O uso da micropropagação já é uma realidade, a tendência é que o número de espécies propagadas por cultivo in vitro cresça bastante, pois é uma forma sustentável e rápida de produção, garante a qualidade genética e sanitária do material e reduz a necessidade por grandes espaços para produção de mudas.

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Micropropagação de mudas in-vitro - Bioma Plantas

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Técnicas de biotecnologia podem aumentar e acelerar a produção de mudas e vencer barreiras de propagação de plantas de difícil germinação Os avanços da biotecnologia trouxeram benefícios para o cultivo de plantas, graças a técnicas de cultura de tecidos hoje é possível micropropagar plantas em laboratório.

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Tela Rural 2018 .22 - Matéria micropropagação

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1 - Relatos sobre a transgenia são o salvamento do agro e de outros fatores que usam a modificação de produtos para um melhor resultado, algo que depois de modificado nós trás uma confiança a mais, por conta da trangenia aplicada e que com o passar do tempo só tende a melhorar.

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Com a evolução da genética o crips é  desenvolvido a partir de mecanismos moleculares do sistema imunológico bacteriano, o sistema CRISPR possibilita a edição do genoma através de clivagem do DNA por uma endonuclease, guiada a partir de uma sequência de RNA, que é capaz de se parear com as bases de uma sequência-alvo pode se fazer mutações com as características desejáveis.

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A clonagem de plantas tem como objetivo perpetuar as características genéticas em seus descendentes e normalmente , o processo é feito retirando-se da planta “mãe” alguns ramos específicos que são cortados e transformados em novas plantas, geneticamente idênticas, assim podendo ter as melhores características da planta “mãe”.

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A clonagem de plantas tem como objetivo perpetuar as características genéticas em seus descendentes e normalmente , o processo é feito retirando-se da planta “mãe” alguns ramos específicos que são cortados e transformados em novas plantas, geneticamente idênticas, assim podendo ter as melhores características da planta “mãe”.