Circuitos genéticos reprogramam plantas

Redação do Site Inovação Tecnológica - 15/08/2022

Circuitos genéticos sintéticos reprogramam a expressão gênica nas raízes das plantas, mudando a maneira como elas crescem.
[Imagem: Jennifer Brophy]

Engenharia de plantas

Uma das formas de lidar com os desafios das mudanças climáticas é tornar as culturas capazes de se adaptar mais rápido do que nunca a variações de chuva e ondas de calor e frio.

Jennifer Brophy, da Universidade de Stanford, nos EUA, acredita que o caminho para isso é dar uma acelerada na evolução por meio da biologia sintética.

Para isso, ela criou uma série de circuitos genéticos sintéticos que permitem controlar as decisões tomadas por diferentes tipos de células vegetais, por exemplo, para que planta possa desenvolver sistemas de raízes diferentes do natural.

Segundo a equipe, este é o primeiro passo para a concepção de culturas que se adaptem a novas necessidades de coleta de água e nutrientes do solo.

"Nossos circuitos genéticos sintéticos nos permitirão construir sistemas radiculares muito específicos, ou estruturas de folhas muito específicas, para ver o que é ideal para as condições ambientais desafiadoras que sabemos que estão chegando," disse ela. "Estamos tornando a engenharia de plantas muito mais precisa."

Diferentes sistemas radiculares desenvolvidos reprogramando os circuitos genéticos.
[Imagem: Jennifer A. N. Brophy et al. - 10.1126/science.abo4326]

Circuitos genéticos

O conceito envolve um avanço radical em relação às atuais plantas geneticamente modificadas, uma tecnologia que a equipe afirma ser "relativamente simples e imprecisa", uma vez que faz com que todas as células da planta expressem os genes necessários para, digamos, resistir a herbicidas ou pragas.

O circuito genético construído pela equipe produz um DNA sintético que funciona essencialmente como um código de computador, com portas lógicas orientando o processo de tomada de decisão celular.

Nesta primeira demonstração, a equipe usou essas portas lógicas para especificar quais tipos de células estavam expressando determinados genes, permitindo ajustar o número de ramificações no sistema radicular sem alterar o resto da planta.

A profundidade e a forma do sistema de raízes de uma planta afetam a eficiência na extração de diferentes recursos do solo. Um sistema radicular raso, com muitas ramificações, por exemplo, é melhor para absorver o fósforo (que fica perto da superfície), enquanto um sistema radicular mais profundo, que se ramifica na parte inferior, é melhor para coletar água e nitrogênio.

Usando esses circuitos genéticos sintéticos, os pesquisadores podem cultivar e testar vários projetos de raízes para criar as culturas mais eficientes para diferentes circunstâncias. Ou, no futuro, eles poderiam dar às plantas a capacidade de se otimizarem autonomamente.

"Temos variedades modernas de culturas que perderam sua capacidade de responder aonde estão os nutrientes do solo," explicou o professor José Dinneny, coordenador da equipe. "O mesmo tipo de porta lógica que controla a ramificação da raiz pode ser usado para, digamos, criar um circuito que leve em conta as concentrações de nitrogênio e fósforo no solo e, em seguida, gere uma saída ideal para essas condições."

Engenharia genética prática

Brophy projetou mais de 1.000 circuitos para manipular a expressão gênica das plantas. Ela os testou em folhas de plantas de tabaco, para ver se conseguia fazer com que as células das folhas criassem uma proteína que brilha no escuro, encontrada em águas-vivas. E 188 circuitos funcionaram como esperado.

De posse dos circuitos genéticos funcionais, os pesquisadores então reprogramaram um deles para criar portas lógicas que modificassem a expressão de um gene específico de desenvolvimento em um tipo precisamente definido de célula radicular na planta Arabidopsis thaliana. E deu certo.

O próximo passo da pesquisa será testar os circuitos genéticos em culturas comerciais. Eles pretendem começar pelo sorgo, uma planta de grande interesse para a produção de biocombustíveis.

Os pesquisadores também estão enviando seus circuitos funcionais para um banco de dados de DNA sintético, para que outros cientistas possam usá-los em suas próprias pesquisas.

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