Dentre as diversas pesquisas realizadas na área de bioengenharia de tecidos, a criação in vitro de tecidos vivos torna-se uma das mais promissoras formas de atuação científica. Neste caminho, cada vez mais têm sido descritos novos substitutos cutâneos para o tratamento de grandes lesões da pele. O consenso em relação à importância da oclusão precoce de áreas cruentas motivou o interesse por materiais sintéticos ou biológicos a serem utilizados como substitutos cutâneos, entre eles: autoenxertos, aloenxertos de pele e curativos biossintéticos (BELL et al, 1981).

Infelizmente, até o momento, os métodos para cultura de tecidos como os usados em transplantes de peles são muito caros, mas não há dúvidas de que os enxertos autógenos perduram como a alternativa de escolha para o fechamento definitivo de áreas cruentas. Porém, alguns pacientes apresentam escassez de áreas doadoras de pele e o problema da escassez de áreas doadoras nunca foi totalmente solucionado (TANNER et al, 1964).

Nesta pesquisa, a bioengenharia de tecidos permitiu transformar tecidos suínos em materiais compatíveis como organismo humano. A derme suína foi escolhida porque sua composição é78% compatível com a derme humana.Sabe-se hoje que, por sua semelhança com o homem, várias partes do organismo dos suínos podem ser utilizadas em medicina humana. Na medicina atual, a pele dos suínos pode ser usada em transplantes temporários no homem,nos casos de queimaduras de terceiro grau, que causam grandes descontinuidades de sua pele. Infelizmente ela nãoserve para transplantes definitivos, devido à sua rejeição (ROPPA, 2012).

Com o objetivo de tornar os xenotransplantes de peles temporários em xenotransplantes de peles definitivos,desenvolvemos uma técnica de purificação da pele suína, para que uma vez transplantada, elimine os problemas de rejeição sem colocar em risco o sistema imunológico do paciente transplantado. A pele resultante pode ser utilizada em transplantes definitivos de peles e em testes farmacológicos.

Demonstrar a eficácia desse tipo de tecnologia, bem como sua viabilidade econômica, é particularmente importante no contexto brasileiro, porque os bancos de pele, com tecidos provenientes de doadores humanos são raros, estando presentes apenas em São Paulo, Porto Alegre, Curitiba e Recife. Em Santa Maria/RS essa escassez foi um problema, devido às várias vítimas afetadas por queimaduras graves em um incêndio numa casa de shows que também matou centenas de jovens no início de 2013.

A. Colágeno Gelificado Sustentável(Gelatina). É extraído de serragens e aparas de wet-blue (resíduos sólidos classe I de curtumes), Figura 1 (FÉLIX DE SOUSA, 2005).

Industrialmente o colágeno é extraído de carnaças (resíduos sólidos de curtumes, isentos de metais e não tóxicos). No Brasil, apenas quatro empresas realizam este processo, fazendo com que o colágeno tenha um alto valor comercial.

O colágeno gelificado sustentável (gelatina), Figura 1, foi analisado quimicamente e espectroscopicamente, evidenciando que o mesmo foi extraído com 100% de pureza. Neste processo inédito de reaproveitamento, o valor do colágeno gelificado sustentável (gelatina) em sólido ficou em R$ 1,45/kg, enquanto no mercado o mesmo é comercializado a R$ 53,00/kg. O valor do sulfato de cromo III sustentável ficou em R$ 0,45/kg e do hidróxido de cromo sustentável em R$ 0,64/kg.

Com o reaproveitamento de serragens e aparas de wet-blue haverá um ganho para o setor coureiro, pois como emprego dos processos de reaproveitamento as empresas ficarão livres do passivo ambiental, dos custos de transporte e de deposição de seus resíduos,tornando a indústria mais competitiva.

B. Matriz de pele humana artificial

Tradicionalmente, as peles suínas são utilizadas na culinária. Apenas uma pequena parcela é beneficiada em curtumes. Nesta pesquisa, de forma inédita e revolucionária, transformamos peles suínas em peles humanas artificiais com 100% de compatibilidade, conforme ilustrado nas Figuras 2 e 3.

O processo de transformação de peles suínas em pele humana artificial ocorre em duas etapas.

Na primeira, realiza-se a purificação da pele suína para a obtenção de uma matriz limpa (pele suína purificada), Figura 2. Nesse processo de purificação elimina-se todo o material genético associado ao tecido suíno (os materiais interfibrilares, as células, os pelos e as gorduras) (FÉLIX DE SOUSA, 2002).Após essa etapa, a pele suína purificada resultante apresenta apenas duas camadas: epiderme e derme.

Na segunda etapa realiza-se a reposição do colágeno perdido pela pele suína durante a realização dos processos de purificação, além do fechamento dos poros, com colágeno gelificado sustentável (gelatina) para a obtenção de uma matriz de pele humana artificial, Figura 3. Os marcadores biológicos certificaram que as matrizes de pele humana artificial estão 100% compatíveis com a pele humana natural.

O valor de uma matriz de pele humana artificial medindo 1,5 metros ficou em R$ 84,52, mostrando que a eficácia desse tipo de tecnologia e sua viabilidade econômica são particularmente importantes no contexto brasileiro.

O colágeno gelificado sustentável contribui para que a matriz de pele humana artificial, uma vez transplantada,elimine os problemas de rejeição sem colocar em risco o sistema imunológico do paciente transplantado, além de permitir que essa matriz de pele humana artificial seja capaz de reproduzir os mesmos tecidos biológicos e manter conservadas as principais características biomecânicas e estruturais da pele humana natural. A pele humana artificial resultante tem o poder de recuperar as funcionalidades da pele humana natural porque ela é um modelo que mimetiza a pele humana com toda a sua estrutura de epiderme e derme. Ela permanecerá para sempre no paciente transplantado porque servirá de estrutura de apoio para que seu organismo reconstrua com eficácia a área lesada.Além do emprego em transplantes de pele, a matriz de pele humana artificial também poderá ser utilizada em queimados, para recuperar a pele de pessoas afetadas por tumores, hérnias ou feridas de difícil cicatrização, no desenvolvimento de novas estratégias de tratamento de patologias dermatológicas e para testar produtos cosméticos e farmacêuticos a um custo mais baixo e sem o uso de animais. Sabe-seque, desde o início de 2009, uma diretriz da Comunidade Europeia, Índia e Israel indica que nenhum produto cosmético poderá ser avaliado quanto à segurança e eficácia em animais de laboratório.

A aplicação dos princípios da química verde na otimização de técnicas de produção mais limpa e redução de impactos ambientais para o desenvolvimento de processos de extração de colágeno gelificado sustentável (gelatina) a partir de serragens e aparas de wet-blue (resíduos sólidos classe I de curtumes), levou a uma grande redução dos custos dos processos de transformação de peles suínas em matrizes de pele humana artificial, além de oferecer uma destinação mais adequada a esses resíduos tóxicos, cancerígenos e mutagênicos, mostrando que é possível desenvolver uma relação de simbiose industrial entre o setor coureiro e o setor da saúde.

As tecnologias desenvolvidas apresentaram uma relação custo-benefício que contemplaram ótimas qualidades aliadas a baixos custos.

Microrganismos que melhoram a produção agrícola são alvo de estudos de pesquisadores da Embrapa Agrobiologia (RJ) que já identificaram bactérias e fungos que estimulam o crescimento das plantas ou as protegem de doenças. Fungos dark septate, bactérias do gênero pseudomonas e bacteriocinas são alguns dos microrganismos e substâncias estudados, podendo dar origem a novos bioprodutos para a agricultura, seja como promotores de crescimento ou no controle de doenças e pragas agrícolas. Pesquisas e testes já apresentaram bons resultados.

Além da função de fixar o nitrogênio do ar nas raízes, algumas bactérias selecionadas têm a capacidade de tornar solúvel o fósforo presente no solo e disponibilizá-lo para o vegetal. Os solos brasileiros são em sua maioria muito pobres em nitrogênio e fósforo e rotineiramente esses fertilizantes juntos representam até mais de 50% do custo da implantação de uma lavoura.

De coloração escura e com hifas septadas como as de um bambu, os fungos dark septate se mostram como microrganismos promissores na promoção do crescimento de plantas. Estudos coordenados pelo pesquisador Jerri Zilli, da Embrapa Agrobiologia, revelaram que, na presença do fungo, plantas de arroz alcançaram um crescimento até 30% maior em sua parte aérea e nas raízes. Além disso, os perfilhos, que são novos ramos da planta, aumentaram em cerca de 50%, o que implica maior capacidade de absorção de nutrientes e produção de grãos.

De acordo com Zilli, este grupo de fungos também proporciona uma melhoria no status nutricional das plantas. Em testes feitos com tomateiro, nutrientes como nitrogênio, fósforo e potássio foram acumulados em maior quantidade quando comparados à planta sem a presença do microrganismo. Com isso, é possível otimizar o uso de nutrientes e obter uma planta mais vigorosa. "Fizemos testes genéticos mais profundos e vimos que os fungos realmente interferem na planta e fazem com que elas absorvam mais nutrientes, ficando mais robustas e produzindo mais grãos e frutos", revela o pesquisador.

Existem outros fungos já bastante conhecidos como benéficos ao crescimento de plantas, como os micorrízicos arbusculares. Mas a vantagem dos dark septate é que eles não precisam de uma planta para serem multiplicados, e é possível cultivá-los em meio de cultura, o que facilita o desenvolvimento de um produto. "Com os fungos micorrízicos arbusculares é preciso inocular uma planta e esperar que ela cresça para o microrganismo se multiplicar. Com o dark septate, consigo ter um inóculo pronto em poucos dias", explica Jerri Zilli.

Outra característica do fungo que vem sendo estudada é a resistência ao estresse hídrico. Em experimentos feitos em laboratório, os pesquisadores observaram que, na presença dos dark septate, a planta, mesmo com pouca água, consegue se desenvolver de forma semelhante à outra cultivada em condições normais. Mas Jerri Zilli ressalta a necessidade de verificar se estes resultados vão se confirmar no campo. "Confirmado todo o potencial do microrganismo, a ideia é desenvolver inoculantes", finaliza.

Pseudomonas no cultivo orgânico

Um dos maiores entraves para a agricultura orgânica é a produção de mudas de hortaliças de qualidade. Como não é possível usar agrotóxicos e nem adubos solúveis, é importante produzir mudas mais resistentes a doenças. Na busca por alternativas que possam ser utilizadas nas lavouras orgânicas, pesquisadores da Embrapa Agrobiologia encontraram nas bactérias do gênero pseudomonas uma importante aliada.

O estudo, liderado pela pesquisadora da Embrapa Norma Rumjanek, já identificou pelo menos uma estirpe (BR 10415) que promove o desenvolvimento das plantas e outra (BR 10416) que atua contra o fungo Rhizoctonia solani que causa o tombamento das mudas. Rumjanek explica que as pseudomonas contêm características interessantes para a planta, como a produção de ácido indolacético (AIA), um tipo de hormônio de crescimento. "Essas bactérias também solubilizam fosfato e auxiliam a planta na absorção desse nutriente. Algumas também ajudam no controle biológico, inibindo a ação de agentes causadores de doenças", complementa Rumjanek.

O uso de pseudomonas na agricultura não é comum no Brasil e ainda não existe no mercado nacional um produto com essas bactérias. "As pseudomonas assustam porque comumente são associadas à infecção hospitalar, mas não é o caso das que estão sendo estudadas", explica a pesquisadora. Norma pretende encaminhar em breve a estirpe promotora de crescimento para registro no Ministério da Agricultura, Pecuária e Abastecimento (Mapa). "A partir daí, poderemos ter o primeiro produto à base de pseudomonas no País. Em outros países, como Estados Unidos, Canadá e Argentina, há vários deles", revela.

Bacteriocinas

A escaldadura das folhas de cana é uma doença que causa perdas ao setor canavieiro. Causada pela bactéria Xanthomonas albilineans, a doença apresenta grande potencial destrutivo e pode gerar perdas de até 100%, quando acomete variedades susceptíveis. Nos laboratórios da Embrapa, os pesquisadores estudam o uso de uma proteína (bacteriocina) produzida por outra bactéria muito comum em cana-de-açúcar, a Gluconacetobacter diazotrophicus, com ação antimicrobiana contra a X. albilineans. O objetivo é produzir uma formulação para usar direto na planta por meio de pulverização.

Segundo a pesquisadora Márcia Vidal, que lidera os estudos na Embrapa Agrobiologia, ferramentas de bioinformática permitiram identificar o gene que codifica a bacteriocina. A partir daí, os pesquisadores passaram a produzir a proteína em outra bactéria, que funciona como um tubo de ensaio e possibilita a produção em grande quantidade. "Estamos na fase de concluir a purificação numa escala maior. Com a proteína superexpressa, veremos se o efeito antimicrobiano, já comprovado in vitro, se comprova em casa de vegetação e no campo", revela Vidal.

De acordo com a pesquisadora, a ideia é testar não só contra a X. albilineans, mas também em outros agentes causadores de doenças em cana, outras bactérias e fungos. "Nosso desejo é verificar o espectro de atuação dela. Se for comprovado o potencial contra outros fitopatógenos, teremos um produto mais completo", disse.

Microrganismos atuam na regeneração do solo

Os uso de microrganismos contidos no Centro de Recursos Biológicos Johanna Döbereiner, da Embrapa Agrobiologia, não está restrito às lavouras. Fungos e bactérias são eficazes na recuperação de solos com alto grau de degradação. A metodologia desenvolvida utiliza plantas da família das leguminosas associadas a esses microrganismos e já foi aplicada em diversas regiões com sucesso, como, por exemplo, áreas de mineração no Pará, Maranhão, Minas Gerais e até mesmo na Bacia Amazônica Peruana.

De acordo com o pesquisador da Embrapa Eduardo Campello, os microrganismos aumentam a capacidade de absorção das raízes, dando-lhes mais resistência em situações de estresse ambiental. "A técnica permite a revegetação rápida, mesmo onde o subsolo já está exposto. Enquanto as bactérias fornecem o nitrogênio-nutriente essencial para as plantas, os fungos micorrízicos auxiliam as plantas na captura de outros nutrientes, principalmente fósforo e água", explica.

Os pesquisadores selecionam em laboratório as estirpes de bactérias mais eficientes na fixação de nitrogênio para cada espécie de planta e reproduzem os fungos. Utilizando-se da tecnologia, são produzidas mudas mais resistentes e autossuficientes em nitrogênio.

Pesquisa de longa data

Uma infinidade de microrganismos, entre bactérias e fungos, são mantidos em Seropédica (RJ), no Centro de Recursos Biológicos Johanna Döbereiner (CRB-JD) da Embrapa Agrobiologia. A coleção tem cerca de três mil estirpes, coletadas pelos pesquisadores na natureza, em diferentes regiões do País, e com potencial para serem utilizadas como insumos biológicos na agricultura brasileira.

O início desse trabalho foi ainda nos anos 1950, quando a pesquisadora Johanna Döbereiner isolou as primeiras bactérias fixadoras de nitrogênio. Desde então, a coleção se multiplicou e mais de 50 estirpes já foram autorizadas pelo Ministério da Agricultura Pecuária e Abastecimento (Mapa) para o uso em inoculantes comerciais. "O Brasil é líder mundial no uso de bactérias fixadoras de nitrogênio na agricultura e a economia resultante da utilização desses microrganismos é superior a oito bilhões de dólares", explica o pesquisador Jerri Zilli, curador da coleção.

Até 2012, conhecia-se apenas as características fenotípicas e morfológicas (aparência e forma) dos microrganismos depositados no CRB-JD e isso limitava o desenvolvimento das pesquisas. Mas, nos últimos anos, com o uso de ferramentas moleculares, foi possível conhecer melhor a taxonomia (classificação) dos microrganismos e, além disso, estruturou-se um banco de DNA que está disponível para os pesquisadores.

Segundo Zilli, as bactérias são mantidas no laboratório e, se não fosse esse trabalho cuidadoso, poderiam desaparecer. Atualmente, 1.300 bactérias estão caracterizadas por meio de sequências específicas do DNA. "Se alguém necessitar fazer novos estudos para trabalhos biotecnológicos, não há necessidade de cultivar a bactéria, é possível utilizar somente os DNAs guardados", esclarece o curador.

O pesquisador José Ivo Baldani, curador da coleção entre os anos de 2012 e 2014, explica que a partir do DNA, é possível realizar o sequenciamento genômico da bactéria, conforme já realizado para algumas estirpes da coleção, e identificar genes com potencial agrobiotecnológico. "Se identificamos, por exemplo, um gene responsável pela produção de bacteriocina (proteína extraída de uma bactéria), é possível expressar o gene e produzir a proteína em larga escala para uso no controle de bactérias fitopatogências em culturas de interesse agronômico", conclui Baldani.

O conhecimento genético pode contribuir para que novos produtos sejam gerados pela pesquisa. Por esse motivo, a Embrapa Agrobiologia tem como meta a caracterização de pelo menos duas mil bactérias de sua coleção.

Ana Lucia Ferreira (MTB 16913/RJ)
Embrapa Agrobiologia

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