Contexto Histórico e Inovações em Biotecnologia Agrícola

A biotecnologia em si não é nenhuma novidade, pois já era utilizada há muito tempo pelos egípcios e outras civilizações na elaboração de produtos como pães, cerveja e queijos. No entanto, uma das principais bases da biotecnologia agrícola moderna são as técnicas de DNA recombinante, principalmente na transgenia, método que permite acelerar o trabalho de produção, reduzindo o tempo na obtenção de variedades com novas características. Além disso, permite que as barreiras naturais entre as espécies possam ser superadas, ou seja, permite isolar as características genéticas que se deseja, de uma célula, e incorporá-las à outra, tornando possível o melhoramento da planta em questão (MARTINS, 2004).

De um ponto de vista prático, podemos considerar que todas as plantas cultivadas são geneticamente modificadas. Há mais de dez mil anos os agricultores iniciaram um lento processo de melhoramento pela observação e seleção de sementes das melhores plantas e de seus cruzamentos espontâneos, enquanto domesticavam e também alteravam características de muitos animais. Dessa forma, independentemente da manipulação genética, até mesmo as variedades convencionais disponíveis atualmente possuem o material genético muito diferente de seus ancestrais nativos (CORDEIRO, 2000). Hoje em dia, processos como a obtenção de queijos, pães e iogurtes, a Revolução Verde do século passado e o uso de marcadores moleculares no campo já podem ser considerados como processos biotecnológicos (ALTMAN E HASEGAWA, 2011).

Entre as principais razões pelas quais tais processos têm sido objetos de pesquisa e cada vez mais adotados podemos destacar: o crescimento da população mundial e a necessidade de maior quantidade e qualidade de alimentos; o reconhecimento de que a saúde humana está sendo afetada por doenças causadas por patógenos e outros organismos e pela qualidade de alimentos, principalmente no que se diz respeito a vitaminas e minerais; as mudanças climáticas globais existentes acompanhadas de riscos bióticos e abióticos e a necessidade de culturas adaptadas a esses ecossistemas e a procura humana de novos produtos como biomateriais, terapêuticos e biocombustíveis (ALTMAN & HASEGAWA, 2011).

Embora esteja presente na vida humana há muito tempo, a biotecnologia passou a ter nome e a ser amplamente estudada há pouco, em meados do século passado. Num primeiro momento, esteve voltada para a saúde humana e animal, em que se utilizou de microrganismos para a fabricação de antibióticos, como é o caso da penicilina, por Alexander Fleming, em 1929. Em 1953, os cientistas James Watson e Francis Crick descreveram a estrutura do DNA e tornaram possível a manipulação e o estudo aprofundado do DNA de qualquer espécie viva (CARRER, BARBOSA E RAMIRO, 2010).

Com o passar do tempo, observou-se que, em detrimento do crescimento populacional, seria necessário aumentar a produção agropecuária e reduzir o uso de adubos químicos e agrotóxicos, buscando-se “equipar” plantas e animais domésticos com defesas genéticas contra patógenos e pragas. Entre as décadas de 1960 e 1970, o cenário começou a mudar em relação à agricultura mundial. Nos países em desenvolvimento, iniciava-se a Revolução Verde, período marcado pela disseminação de novas práticas a fim de intensificar a produção agrícola a partir de intensos programas de melhoramento genético clássico, uso intensivo de insumos (foi também nesse período que o glifosato passou a ser usado) e mecanização. Nesse período, os grandes centros de pesquisa, pressionados pela Revolução Verde, passaram a investigar mais a biotecnologia aplicada à agricultura, momento em que a engenharia genética iniciou a transferência controlada de genes para vegetais, a produção de vacinas transgênicas e outras proteínas terapêuticas (CORDEIRO, 2000).

Assim, foi desenvolvida a primeira planta transgênica da história, em 1983, após anos de estudo e experimentos frustrados. Pesquisadores revolucionaram o melhoramento genético de plantas ao fazerem com que sequências de genes responsáveis pela expressão de uma substância chamada nopalina fossem inseridas no DNA circular da bactéria Agrobacterium tumefaciens e então transferidos para uma variedade de tabaco. O tabaco transgênico passou assim a também produzir a proteína nopalina. A principal finalidade do projeto foi verificar se era realmente possível a transferência e a incorporação de novos genes em plantas, sendo que a característica ou trait inserido foi totalmente destinado para fins de pesquisa. O experimento abriu várias portas e possibilitou o desenvolvimento de plantas transgênicas com novas características, uma vez que cerca de 20 anos depois a primeira espécie alimentícia destinada ao mercado seria lançada (BARTON et al, 1983).

Em 1985, pela primeira vez, plantas geneticamente modificadas com características voltadas para o mercado agrícola, a exemplo de resistência a insetos, a vírus e a bactérias, passaram a ser testadas em campo. Em 1986, a Agência de Proteção Ambiental americana (US Environmental Protection Agency – EPA) aprovava a liberação da primeira planta de tabaco geneticamente modificada (CARRER, BARBOSA E RAMIRO, 2010).

A partir de então, cresceu o interesse – e as pesquisas relacionadas – sobre aplicação de técnicas de biotecnologia para melhoramento de vegetais. Anos mais tarde, em 1994, o órgão responsável pela regulamentação de variedades vegetais transgênicas nos Estados Unidos, o Food and Drug Administration (FDA), aprovava o tomate “Flavr Savr“. Desenvolvido pela empresa americana Calgene, o produto foi o primeiro derivado de uma planta geneticamente modificada a ser comercializado. Devido a problemas de logística e administração, o tomate Flavr Savr logo saiu do mercado. A empresa Calgene foi então comprada pela Monsanto (AMBIENTE BRASIL).

A partir de 1995, outras culturas geneticamente modificadas foram liberadas para uso comercial. O milho, a canola, o algodão, a soja e as variedades de batata que tiveram características específicas adquiridas pela tecnologia de DNA recombinante já estavam sendo cultivados em campos norte-americanos. A soja RoundUp Ready®b(RR) foi a primeira dentre essas culturas, tendo sido lançada para cultivo comercial em 1996 nos Estados Unidos. No primeiro ano, somente poucos milhares de hectares foram cultivados, mas os fazendeiros que optaram por essas novas variedades da biotecnologia obtiveram rendimentos melhores, com menor número de aplicação de defensivos e, como consequência, tiveram redução na erosão do solo e menor contaminação da água no subsolo (AMBIENTE BRASIL).

Em 2000, foi sequenciado o genoma de uma planta pela primeira vez. A escolhida foi a espécie Arabidopsis thaliana, uma pequena herbácea da família da mostarda. A Arabidopsis foi escolhida como planta modelo, o que permitiu um grande avanço em relação ao estudo das características essenciais de como as plantas funcionam e à possibilidade de modificação genética, não apenas nessa espécie como também em vários outros vegetais (CARRER, BARBOSA E RAMIRO, 2010).

No Brasil, a primeira aprovação para um cultivo geneticamente modificado foi em 1998, com a soja RR da Monsanto, tolerante ao herbicida glifosato. No entanto, devido a ações judiciais movidas pelo Greenpeace e o Ipac, seu plantio começou apenas em 2003, quando o órgão responsável pela avaliação de biossegurança no Brasil (Comissão Técnica Nacional de Biossegurança – CTNBio) entendeu que a apresentação de estudos de impactos ambientais era desnecessária, visto que já existiam relatos dos países em que a soja era aprovada comercialmente e pesquisas científicas suficientes para a sua aprovação (SILVA, 2004). Atualmente, a soja RR é a mais cultivada no Brasil. Ela foi obtida por meio da transferência de uma enzima da bactéria Agrobacterium tumefaciens à soja, tornando-a tolerante ao glifosato.

Em março de 2005, foi aprovada pelo Congresso Nacional a Lei da Biossegurança, cujo objetivo é proteger a diversidade e a integridade do patrimônio genético do País. Trata-se de um conjunto de medidas destinadas à prevenção de riscos em processos de pesquisas, serviços e atividades econômicas que possam garantir a saúde humana e evitar impactos negativos ao meio ambiente. A Lei da Biossegurança funciona através da CNTBio. No Brasil, é crime liberar organismos geneticamente modificados no ambiente sem autorização da CTNBio (UOL EDUCAÇÃO, 2005).

A CTNBio é a instituição responsável por proteger a diversidade e a integridade do patrimônio genético brasileiro pelo estabelecimento de normas de segurança e de pareceres técnicos que autorizam ou não testes de campo, produção e comercialização de OGMs. Ela também estabelece um monitoramento que deve ser realizado pelas empresas detentoras após a comercialização de uma planta GM, o monitoramento pós-liberação comercial, cujo objetivo consiste em “obter informações que possam indicar efeitos adversos decorrentes da liberação comercial do OGM sobre o ambiente ou sobre a saúde humana ou animal, em consonância com sua aplicação de uso” (BRASIL, Resolução Normativa nª 9, 02 de dezembro de 2011).

Atualmente, no Brasil as principais espécies transgênicas cultivadas são soja, milho e algodão. O algodão geneticamente modificado passou a ser cultivado em 2005, enquanto que o milho transgênico foi adotado pelos produtores brasileiros, pela primeira vez, em 2008 (MAPA).

 

1.     Adoção de culturas biotec

 

De acordo com dados do Ministério de Agricultura, Pecuária e Abastecimento (MAPA), são aprovados no Brasil 44 eventos geneticamente modificados para cultivo, alimentação humana e alimentação animal. Deles, 6 eventos são aprovados para soja, 24 são aprovados para o milho, 12 são aprovados para o algodão, 1 para o feijão e 1 para o eucalipto. Mesmo que aprovados para cultivo no Brasil, os dois últimos eventos ainda não foram cultivados pelos produtores brasileiros.

A aprovação dessas duas últimas culturas pode ser considerada um marco em relação às pesquisas com biotecnologia agrícola por vários motivos. O primeiro deles é a inserção de características diferentes das que já haviam sido aprovadas anteriormente no Brasil, como a resistência ao mosaico dourado (doença), no caso do feijão, e do aumento de produtividade, no caso do eucalipto. O segundo é a obtenção dessas novas variedades por meio de novas tecnologias que vão além da transferência de genes de uma espécie para outra, como é o caso do feijão resistente ao mosaico dourado, desenvolvido pela Embrapa, obtido por meio da tecnologia do RNA de interferência.

O Brasil possui um número muito inferior de eventos aprovados quando comparado a outros países que lideram a área cultivada com transgênicos, a exemplo dos Estados Unidos, e até mesmo a países com uma área muito menor (a Colômbia possui 73 eventos aprovados). Vale ressaltar que, embora os processos rigorosos de biossegurança pela CTNBio sejam uma das causas desse número reduzido, o Brasil consome a maior parte do que produz, não havendo assim necessidade da aprovação de eventos produzidos mundialmente para importação (MAPA, ISAAA).

Atualmente, os maiores produtores de plantas geneticamente modificadas são (em ordem decrescente): os Estados Unidos, o Brasil, a Argentina, a Índia e o Canadá (ISAAA, 2014).

Os primeiros traits desenvolvidos e aprovados para o cultivo no Brasil foram o de tolerância a herbicidas, principalmente na soja transgênica, e de resistência a insetos, como no caso do milho e do algodão. Em 2007 foi lançado o primeiro cultivo geneticamente modificado manifestando ao mesmo tempo dois traits, a tecnologia de gentes combinados ou stack, em que, ao mesmo tempo, conferiam tolerância a herbicidas e resistência a insetos (CTNBio).

A tendência é que mais eventos com genes combinados estejam também disponíveis aos produtores com traits que confiram resistência a doenças, como é o caso da ferrugem asiática na soja, e que sejam tolerantes a fatores ambientais como a falta de umidade e outros estresses abióticos. É esperado também que, num futuro não tão distante, os traits passem a ser benéficos não só para o produtor rural, mas também para o consumidor final, com aumento de valores nutricionais (maior teor proteico; maior produção de ácidos graxos benéficos, como o ácido oleico e o ômega-3), maior capacidade de conversão em biocombustíveis (milho) e maior qualidade da fibra (algodão).

As principais empresas detentoras de tecnologias transgênicas já planejam o lançamento de espécies com essas novas características, como é o caso da soja desenvolvida pela Monsanto com aumento da produção de ômega-3. O ômega-3 faz parte das “gorduras boas”, as quais ajudam a prevenir doenças cardíacas e é principalmente encontrado em peixes. A soja com produção de ômega-3 garante assim ao consumidor um acesso mais fácil a esse componente, principalmente em populações cuja alimentação não inclua quantidades suficientes de peixes e outras fontes de ômega-3.

Por meio de técnicas de melhoramento clássico, também são desenvolvidas variedades com melhoria da qualidade do teor nutricional. Uma delas é o brócolis Beneforte, desenvolvido também pela Monsanto, variedade com duas a três vezes mais glucorafanina, nutriente já expressado no brócolis convencional e que, quando consumido, é convertido em substâncias com propriedades antibióticas e anticâncer em humanos (MONSANTO, 2015).

Um estudo pioneiro mostra como o enriquecimento do teor nutricional pode ser benéfico às populações subnutridas ao redor do mundo. O Golden Rice (arroz dourado), variedade transgênica desenvolvida pelos cientistas Ingo Potrycus e Peter Beyer, é rico em betacaroteno, que quando consumido por seres humanos leva à produção de vitamina A. Sabe-se que a deficiência em vitamina A (VAD, na sigla em inglês) é a principal causa da cegueira infantil e da incapacidade do sistema imunológico de combater várias doenças. Mulheres e crianças de países em desenvolvimento, como Filipinas e Indonésia, são os mais atingidos pela VAD. Segundo a Organização Mundial da Saúde (OMS), entre 190 e 250 milhões de crianças foram atingidas com a VAD de 2009 a 2012. Estudos mostraram que a suplementação com vitamina A poderia reduzir a mortalidade infantil em até 30% em crianças com até 5 anos, o que significa a prevenção de até 2,5 milhões de mortes infantis anualmente. O arroz dourado tem sido desenvolvido durante os últimos 20 anos e ainda não está aprovado para o cultivo. Segundo autoridades, o cultivo poderá ser aprovado nos próximos dois anos (ISAAA).

Resta claro, portanto, que a inserção dessas novas características garante muitas vantagens. Há, sobretudo, a possibilidade da combinação desses traits de aprimoramento nutricional aos traits já utilizados que garantem benefícios em relação ao manejo no campo, como é o caso de resistência a insetos e tolerância a herbicidas. Além disso, há uma crescente população subnutrida ao redor do mundo. Fornecer alimentos ricos nutricionalmente significa tornar populações – muitas vezes desprovidas de vitaminas e de outras substâncias necessárias ao bem estar humano – mais bem nutridas e com índices mais baixos de doenças e mortalidade. A produção de ácidos graxos também garante maior teor de óleo às culturas da soja e do milho, por exemplo, tornando-as mais produtivas e também mais aptas à produção de combustíveis renováveis, como é o caso do biodiesel.

Destaca-se ainda o significativo esforço realizado pelas grandes empresas detentoras de tecnologias de plantas no que diz respeito ao desenvolvimento de variedades com maior adaptação a diferentes ambientes, buscando características como tolerância à seca, a temperaturas altas e baixas e à salinidade. Estudos recentes identificaram um grande número de vias genéticas e moleculares que são responsáveis pela adaptação de plantas ao crescimento em ambientes adversos.

Todos esses estudos enfatizam a complexidade dessas vias e dos vários genes que as conduzem, embora sejam cruciais para o desenvolvimento de novas variedades (GRAFF, 2013; FRIEDEL, 2012, MOSCHELION E ALTMAN, 2015). As maiores detentoras de biotecnologia, como Monsanto, Syngenta, DuPont e Dow já se preparam para a liberação de traits com resistência a ambientes diversos nos próximos dez anos. Entre eles, podemos destacar a soja tolerante à seca.

É necessário ainda ressaltar que essas novas características poderão ser incorporadas às plantas por meio de processos de engenharia genética que vão além da transgenia. Um exemplo disso é a tecnologia da edição de genoma, que tem sido amplamente estudada para setores que vão além da produção de plantas melhoradas.

 

2.     Inovações e o futuro da biotecnologia agrícola

 

As inovações na biotecnologia agrícola se concentram em vários aspectos, como no desenvolvimento de novas técnicas de obtenção de variedades geneticamente modificadas a exemplo da predição de novos traits desejáveis tanto para o manejo quanto para o consumidor final desses produtos. Ademais, o uso da biotecnologia pode ser aplicado não apenas na produção de organismos geneticamente modificados como também no controle e favorecimento do produtor de forma indireta.

Nessa perspectiva, observa-se que os principais objetivos da biotecnologia vegetal atual baseiam-se nos seguintes princípios básicos: na sustentabilidade (uma prática agrícola que esteja junto a técnicas de cuidados ao ambiente e da promoção de uma balança ecológica adequada), na segurança alimentar (baseada na produção de alimentos com qualidade e quantidade suficiente para alimentar todo o planeta, com substâncias essenciais como vitaminas, lipídios, carboidratos, e outros) e na produção de novos biomateriais (como biofármacos, biocombustíveis e bioplásticos produzidos a partir de plantas). O grande reservatório de vegetais e recursos genéticos que temos atualmente é resultado de uma evolução vegetal há muito tempo iniciada por meio da domesticação, que levou a alterações graduais na qualidade e na quantidade de culturas por meio de programas de melhoramento e de seleção. De um total de aproximadamente 400 mil espécies vegetais existentes, menos de 200 foram domesticadas e 12 delas fornecem cerca de 75% dos alimentos globais (FAOSTAT, 2010).

Embora essas técnicas tradicionais de melhoramento tenham levado à grande parte das variedades usadas atualmente, essas técnicas não são mais suficientemente poderosas para satisfazer as necessidades atuais e futuras, principalmente no que diz respeito aos três princípios básicos buscados e já mencionados anteriormente. O entendimento de paradigmas genéticos avançou drasticamente nos últimos dez anos e resultou numa compreensão mais integrada e aprofundada de como processos genéticos são capazes de regular as respostas de desenvolvimento das plantas e como elas se relacionam com o meio ambiente. Assim, a atual era, que inclui a genômica, a proteômica e a transcriptômica, será capaz de promover novas tecnologias para a realização de modificações nos alelos, substituição de genes e outros que pretendemos discutir ao longo deste capítulo.

 

2.1.          RNA de interferência

 

Novas técnicas que vão além da inserção de um novo gene para conferir uma nova característica às plantas já estão sendo pesquisadas, e acima disso, aprovadas para cultivo comercial. Uma tecnologia interessante que pode vir a ser usada é o uso do RNA de interferência (RNAi). Essa técnica, utilizada no feijão resistente ao vírus do mosaico dourado atualmente liberado para cultivo comercial no Brasil, acontece naturalmente em organismos vivos para renovação de células e de outros mecanismos, silenciando ou “destruindo” um gene, e impedindo-o de produzir determinada proteína ou enzima potencialmente prejudicial ao organismo. Nesse caso, o RNAi foi utilizado para degradar genes do vírus do mosaico dourado, os quais são responsáveis pela reprodução viral. Assim, o vírus é impedido de se replicar e a planta torna-se resistente a ele.

Embora pareça uma tecnologia extremamente atual e promissora, variedades com características definidas pelo RNA de interferência têm sido selecionadas por meio do melhoramento genético clássico, tais como a coloração da casca de sementes ou níveis baixos de glutelina nas culturas de soja e de arroz, sem o uso de ferramentas da biotecnologia. No entanto, por meio das suas propriedades de silenciamento genético, a tecnologia passou a ser amplamente investigada a fim de acompanhar as funções de determinados genes, não apenas em plantas como também em humanos e em animais. Dado seu potencial de controlar a expressão gênica, o RNAi oferece uma série de novas oportunidades no melhoramento de variedades vegetais, e seu uso em plantas geneticamente modificadas podem levar à traits como enriquecimento nutricional e resistência a doenças.

Há várias vantagens a serem consideradas quando se trata da tecnologia baseada na manipulação do RNA de interferência. A primeira diz respeito à identificação de diferentes variedades numa população. Como a eficácia de silenciamento de um determinado gene pode variar de uma planta GM para outra, é possível identificar quando o silenciamento não ocorreu da maneira desejada, o que pode ser interessante para a redução de características indesejáveis de plantas GM. Além disso, o “desligamento” de um gene pode ser temporariamente controlado por um promotor, ou seja, é possível “desligar” um determinado gene em alguns tecidos da plantas e manter outros genes “ligados” em outros tecidos. Uma outra vantagem interessante é que o silenciamento genético permite que a característica a ser desligada possa ser realizada não apenas nos tecidos vegetais como também em espécies parasitas, controlando assim pragas e doenças. Também é válido acrescentar que a inversão desse mecanismo, ou seja, “religar” genes que foram naturalmente desligados por meio do RNAi pode levar a planta a produzir substâncias importantes (CASACUBERTA, 2015).

No entanto, existem também algumas limitações que, certamente serão equacionadas no decorrer dos anos e dos estudos. Como causa o desligamento de um determinado gene, é possível que esse efeito ocorra num local diferente do desejado, levando assim a uma característica indesejável, ligada à produção de substâncias importantes de plantas ou limitando vias cruciais para seu crescimento e desenvolvimento. Além disso, são necessários mais estudos na área, uma vez que não se sabe ao certo porque alguns genes-alvo de RNAi não são silenciados mesmo por meio desse mecanismo (CASACUBERTA, 2015). Estudos envolvendo mecanismos de RNA de interferência estão sendo desenvolvidos para controle de patógenos em algodão (WAGNER et al, 2015), batata (COLLINS, 2010), soja (KLINK et al, 2009), feijão (ARAGÂO, 2014) e outras culturas comercialmente importantes.

 

2.2.          Edição de Genoma

 

Talvez uma das tecnologias novas que mais tem ganhado destaque nos últimos anos seja a edição de genoma. A edição de genoma é uma técnica poderosa que tem sido cada vez mais usada graças ao uso de notáveis proteínas que possuem a capacidade de “cortar” uma determinada sequência de DNA com facilidade e precisão. A técnica, que já vem sendo pesquisada para tratamento de doenças humanas é extremamente ampla e compreende a alteração do genoma de várias espécies, incluindo plantas. Em relação ao ramo vegetal, essa técnica surge como uma alternativa ao método de transgenia para aprimoramento de características em culturas e assegura uma produção sustentável de alimentos, sem precisar transferir genes de uma espécie para outra (MARX, 2012).

Basicamente, o mecanismo de edição de genoma consiste em um sistema para reconhecer o sítio onde haverá a mudança combinado a um mecanismo de corte do DNA, por meio de proteínas ou outras substâncias chamadas de nucleases. Uma vez reconhecido o local de corte, as nucleases agem fazendo um corte nas duas fitas do DNA. Após o corte, mecanismos de reparação do genoma tendem a juntar as fitas novamente, fazendo com que neste processo um pedaço de DNA possa ser removido ou até mesmo trocado por outro (CONG et al, 2013).

Entre essas poderosas moléculas, podemos destacar três delas que têm despertado um amplo interesse na sociedade científica: as ZFNs (zinc-finger nuclease) ou nucleases de dedos de zinco, as TALENs – nucleases TAL efetoras (TAL effector nucleases) e a endonuclease CRISPR/Cas. Embora a tecnologia das nucleases de dedos de zinco tenha sido a primeira a ser lançada, pode-se destacar a proteína CRISPR/Cas como a mais acessível e mais fácil de ser utilizada, sendo documentada primeiramente como parte de uma espécie de sistema imunológico de bactérias contra vírus (BELHAJ et al, 2013).

As primeiras técnicas desenvolvidas (ZFNs e TALENs) utilizam duas proteínas para reconhecer o sítio de corte no genoma. Proteínas são pesadas e difíceis de projetar, diferentemente do RNA que pode ser facilmente sintetizado. É aí que está a grande inovação da técnica de CRISPR, em utilizar pequenos pedaços de RNA para identificar o sítio de corte, o que torna a técnica mais simples e de menor custo (BELHAJ et al, 2013).

Embora não tão avançadas quanto a CRISPR, as tecnologias dos ZFNs e dos TALENs já se mostram extremamente vantajosas no que diz respeito ao desenvolvimento de novos eventos no setor da agricultura. A exemplo disso temos o milho tolerante a herbicidas desenvolvido pelos pesquisadores da Dow AgroSciences por meio da técnica das nucleases de dedos de zinco. No artigo publicado pela revista Nature, Shukla et al (2009) mostram que é possível aplicar a técnica a todos os tipos de espécies vegetais, e que sua rapidez e eficiência tornam o processo de melhoramento genético muito mais rápido e preciso, visto que, para alcançar êxito, é necessário determinar com exatidão em quais regiões o DNA da espécie será alterado.

A partir de 2013, as pesquisas passaram a ser mais amplas, passando também a abranger o desenvolvimento de variedades modificadas geneticamente com o uso de CRISPR, em espécies como tabaco, sorgo e arroz (JIANG et al, 2013), trigo (WANG et al, 2014) e milho (LIANG et al, 2014).

Outra vantagem da adoção de técnicas de edição de genoma em plantas pode também ser a facilidade para a liberação comercial e o consumo, e até mesmo a aceitação pela sociedade. O uso de tecnologias que empregam o uso de nucleases como a CRISPR/Cas significa a ausência da necessidade do uso de DNA de outras espécies, de forma que essas novas variedades podem ser definidas como não-transgênicas. Alguns países podem inclusive defini-las como não-geneticamente modificadas, já que as mutações são induzidas e não diretamente direcionadas. Dependendo do marco regulatório, haveria uma facilidade muito maior de aceitação pública. De acordo com a lei americana, nos Estados Unidos os eventos obtidos por meio dessa tecnologia não considerados OGMs, uma vez que não são obtidos por meio de sequências transgênicas de Agrobacterium. A União Europeia ainda não se pronunciou sobre o assunto, mas está relutante em aceitar culturas obtidas com essas técnicas. No Brasil, ainda não há relatos sobre o assunto (KANCHISWAMY et al, 2015).

Por meio desses estudos, é plausível imaginar que qualquer modificação no genoma vegetal é possível. A mesma discussão já acontece quando a edição de genoma é destinada à saúde humana e animal. No entanto, ainda não estão estabelecidas diretrizes específicas acerca de até onde essas modificações podem chegar. Vários estudos com vegetais já estão em curso, mas nenhum deles chegou a testes de campo e sequer a uma liberação comercial. No entanto, é de se esperar que no futuro a maioria das plantas modificadas geneticamente seja obtida por meio dessas técnicas, por serem extremamente acessíveis e de baixo custo.

 

2.3.          Alternativas à quebra de resistência

 

Com o passar dos últimos 20 anos, um possível obstáculo às culturas GM tem sido a perda de eficiência do trait, principalmente no que se diz respeito à resistência a insetos e à tolerância a herbicidas. Ao longo desse tempo foi observado que, no caso de plantações com resistência a insetos como o algodão e o milho Bt, os produtores já necessitam de um número cada vez maior de aplicações de inseticidas para controlar o ataque de pragas. O mesmo tem ocorrido para culturas tolerantes a herbicidas, a exemplo da soja RR. Ao redor do mundo, já foram descobertas espécies de plantas daninhas que são resistentes a herbicidas, o que torna o manejo muito mais dificultoso. Atualmente, no Brasil já foram relatadas 4 espécies resistentes.

A quebra de resistência em insetos pode ser extremamente prejudicial uma vez que leva à perda de características essenciais que o produtor buscou ao adquirir a semente, como facilidade do manejo e redução do número de aplicações de inseticidas. Uma das espécies mais importantes e que causa mais danos à cultura de milho no Brasil, a largarta-do-cartucho (Spodoptera frugiperda) já foi relatada como resistente em Porto Rico (STORER et al, 2010). Nesse caso, podemos destacar três fatores determinantes na evolução da resistência: a frequência inicial da resistência, a intensidade da seleção e o padrão de herança da resistência.

A frequência inicial da resistência determina em quanto tempo haverá a resistência. Quanto maior a frequência inicial de resistência, mais fadada uma população está a tornar-se resistente a determinada proteína. Essa frequência deve-se principalmente à variabilidade genética existente numa população e baseia-se na teoria da evolução de Darwin. Por meio de uma mutação, determinado indivíduo passa a ser resistente à proteína inseticida e torna-se adaptado ao ambiente. Esse indivíduo passará essa característica a seus descendentes, de forma que a frequência de resistência só aumente. Assim, esse aumento leva à pressão de seleção, outro fator determinante na evolução da resistência ligado estritamente com a proporção da população que é exposta a cada geração.

O ideal é que as tecnologias se renovem a cada determinado período de tempo, de forma a reduzir o efeito desses três fatores sobre uma determinada lavoura. O uso de novas proteínas ou mesmo de novas abordagens para diminuição da resistência é um desses casos.

Várias alternativas para tornar esses obstáculos menores estão sendo procuradas, principalmente no que diz respeito a programas que busquem capacitar o produtor em relação ao manejo ideal e informá-lo sobre a importância de medidas como o refúgio. Outra alternativa é o desenvolvimento de novos traits com base na inserção de genes diferentes dos quais já são inseridos em plantas transgênicas.

Os feromônios liberados por insetos, como o feromônio-alarme do pulgão e outros tipos de semioquímicos de alteração comportamental, já têm sido considerados como potenciais alternativas ao atual uso de pesticidas de amplo espectro cujos modos de ação são muitas vezes tóxicos. Como discutido anteriormente, o uso cada vez maior de inseticidas pode levar ao agravamento de problemas como a diminuição da pureza e da síntese química em plantas. Algumas espécies, como a batata convencional, já possuem um mecanismo de defesa baseado na produção de um ferômonio que leva à dispersão e à repelência de pulgões, por meio de órgãos localizados em tecidos estratégicos em casos de ataques por pulgões predadores.

Uma interessante pesquisa recente mostrou que é possível desenvolver espécies que produzam feromônios e assim sejam capazes de “repelir” pulgões, sem causar a morte da espécie. No trigo, o pulgão é conhecido por ser uma praga extremamente destruidora, pois pode diminuir significantemente o rendimento e também transmitir alguns tipos de vírus. Assim, o grupo de pesquisa desenvolveu um trigo GM capaz de sintetizar o feromônio (E)-β-farneseno, e com isso, repelir pulgões. Embora o estudo, realizado pelo Rothamsted Institute, no Reino Unido, não tenha apresentado resultados positivos nos testes de campo, o mesmo mostrou que essa estratégia é possível, apresentando uma possível estratégia para casos de insetos resistentes e para espécies que ainda não possuem um trait GM de resistência a pragas. Os pesquisadores pretendem agora alterar esse tipo de resposta, e torná-la mais contínua e direcionada ao pulgão.

Outra alternativa à quebra de resistência Bt é o biocontrole, amplamente utilizado e por meio do qual outras espécies não prejudiciais de insetos são inseridas para predar as pragas de algumas culturas comerciais. Um artigo recentemente publicado pela revista Science revela que no Vietnã, milhares de produtores já colocaram em prática o uso de formigas na cultura de caju. Além disso, em 2008, pesquisadores já haviam salientado que alguns insetos podem ser mais efetivos do que pesticidas em algumas culturas. Atualmente, algumas empresas já possuem o biocontrole como interesse e pretendem cultivar e revender tais insetos em breve. Mesmo considerada como uma ideia distante, é possível que ela venha a ser implantada no Brasil, até mesmo junto a variedades resistentes a insetos que podem estar sob risco de perda de resistência.

Adicionalmente, não são apenas insetos que podem ser utilizados em técnicas de biocontrole. Outras espécies como fungos e bactérias também podem e são amplamente utilizados. Uma pesquisa desenvolvida por pesquisadores da Shivaji University, na Índia, mostrou que é possível utilizar substâncias liberadas por fungos para impedir a alimentação e o crescimento de Helicoverpa armigera, praga que causa danos relevantes em culturas como algodão, tomate, girassol e milho. A enzima produzida pelo fungo do gênero Penicillium, denominada quitinase, mostrou-se eficaz para causa a morte do inseto durante a fase de larva e de pupa (PATIL & JADHAV, 2015).

 

2.4.          Uso de culturas como fábricas de biomateriais e biocombustíveis

 

Há, cada vez mais, um enorme interesse de indústrias em adotar lavouras não só para a alimentação humana e animal, mas também para a produção de compostos para a produção de fármacos, combustíveis e outras substâncias de valor. Sabe-se que as plantas produzem mais de 500 mil metabólitos secundários, substâncias que possuem um alto valor econômico. A descoberta de novos genes e a maior disponibilidade de dados acerca das sequências genéticas ligadas à produção dessas substâncias – combinada a procedimentos de engenharia de plantas e plataformas industriais –, tornou-as uma possibilidade para uma produção rápida e barata de componentes.

A produção de biopolímeros e enzimas industriais é uma dessas possibilidades. Eles incluem a produção de novos polímeros por meio de plantas transgênicas, como plásticos biodegradáveis, polissacarídeos, enzimas resistentes à salinidade e a temperaturas extremas para a produção de alimentos, papéis e detergentes, entre outros.

Já com relação aos produtos terapêuticos destaca-se a produção de biofármacos que não são produzidos naturalmente em plantas, como peptídeos, vacinas, anticorpos, hormônios e outros. Há também o interessante conceito do “molecular farming”, por meio do qual vacinas comestíveis são desenvolvidas em plantas, fazendo com que o consumidor esteja imunizado ao alimentar-se do vegetal. Recentemente, o FDA aprovou a primeira proteína recombinante produzida por plantas para consumo animal, a Elelyso, para tratamento da doença de Gaucher (MORROW, 2012 apud MOSCHELION E ALTMAN, 2015). Os nutracêuticos, componentes alimentares responsáveis por características nutricionais benéficas, podem também ser obtidos e isolados de plantas transgênicas, entre os quais podemos destacar aminoácidos, vitaminas, flavonoides, minerais e outros antioxidantes.

Por último, e não menos importante, destacamos o uso da produção de plantas obtidas por técnicas de biotecnologia para a produção de biodiesel e de biocombustíveis. A maioria do biocombustível produzido, principalmente o etanol, é obtido a partir de estoques de açúcares de milho e de cana-de-açúcar. No entanto, com o aumento da produção de etanol por meio de grandes culturas há um reflexo também no preço dos alimentos de forma que ocorra uma substituição de espécies, fazendo com que espécies como gramíneas e o sorgo sejam também utilizadas para tal fim. Além disso, a energia derivada de plantas tem uma pegada de CO2 muito menor do que a do petróleo ou do gás natural, fazendo com que essas plantas sejam consideradas “mitigadores de CO2” por diminuir as suas emissões e aumentar a sua captação. O biodiesel é comumente produzido por meio de soja e canola, e pode também ser produzido por outras oleaginosas e plantas não comestíveis.

Aliar a biotecnologia com a produção de biocombustíveis vegetais é uma alternativa que pode fornecer às culturas uma maior quantidade de biomassa para ser convertida em etanol e também uma maior quantidade de óleos para conversão em biodiesel. Num planeta com uso limitado de combustíveis fósseis, essa alternativa torna-se cada vez mais viável e mais promissora. Atualmente, o governo de alguns países já determina que parte dos combustíveis fósseis para automóveis já tenham como componentes os biocombustíveis, e alguns deles já possuem veículos públicos e oficiais funcionando exclusivamente com o uso de combustíveis provenientes de fontes renováveis.

No Brasil, o desenvolvimento do etanol combustível mostrou ser uma alternativa viável para reduzir a dependência do petróleo. O mesmo ocorre com o caso do milho, nos Estados Unidos. No entanto, a maioria das regiões agricultáveis do planeta não possui as mesmas condições edafoclimáticas necessárias para o cultivo de plantas com potencial para a produção de biocombustíveis. Em contrapartida, o cultivo extensivo e exclusivo de plantas para a produção de energia pode gerar problemas no abastecimento de alimentos para a população, como escassez e elevação de preços. Nesse contexto, a biotecnologia se insere como propulsora para o aumento da produtividade, de qualidade da produção e para o desenvolvimento de plantas adaptadas a diversas condições ambientais de espécies com potencial energético. A biotecnologia também pode atuar no desenvolvimento de outras fontes de bioenergia como a produção de biocombustíveis a partir de algas transformadas geneticamente (BEER et al, 2009 abud CARRER, BARBOSA E RAMIRO, 2010).

Todos esses fatores mostram, de forma sucinta, a existência de várias possibilidades dentro da biotecnologia agrícola para participação na saúde e bem estar humanos. Embora alguns exemplos pareçam um tanto fora da atual realidade, é esperado que no futuro estejamos dependentes das plantas não apenas para a alimentação como também para vários outros setores. Por oferecer facilidade e baixo custo, o cultivo de plantas é extremamente necessário para a humanidade, e aliar a biotecnologia a ele é fundamental. O aprimoramento das espécies cultivadas em campo por meio da biotecnologia oferece uma série de benefícios tanto ao agricultor quanto ao consumidor final, benefícios que só tendem a aumentar com a possibilidade de inovações. Pensar num futuro em que a biotecnologia não esteja aliada à agricultura significa pensar num futuro em que a saúde e o bem estar humano estarão extremamente limitados.

Autores: Giovanna Dias e Paula Carneiro