Paredes celulares geneticamente modificadas viabilizam produção de álcool de segunda geração
Um projeto científico coordenado por funcionário de uma universidade pode causar estranheza. Particularmente, em uma área como a biológica e envolvendo modificação genética. Este é o caso de Pedro Araújo, técnico do laboratório do Departamento de Genética, Evolução, Microbiologia e Imunologia do Instituto de Biologia (IB) da Unicamp, coordenado pelo professor Marcelo Menossi.
Biólogo de formação, com mestrado e doutorado em biologia vegetal na mesma instituição, tão logo chegou ao laboratório como técnico aprovado em concurso, depois da pós-graduação, recebeu apoio do docente para que pudesse desenvolver pesquisas, atividade que sempre o interessou. Desde então, tem participado de trabalhos junto aos pós-graduandos do Departamento, ocasião em que teve oportunidade de auxiliar na execução de projetos. Por inúmeras razões, entre as quais o desejo de permanecer na região de Campinas por questões familiares, ele não enveredou pela docência, mas se sente gratificado com a oportunidade de trabalhar com grupos de pesquisa, seu desejo maior.
Depois da inviabilidade, por falta de financiamento, de um projeto grande em que estavam envolvidos o professor Menossi e outros docentes, surgiu a ideia de apresentar à Fapesp apenas parte da proposta inicial – aquela que envolvia o estudo de modificações genéticas nas paredes celulares, agora especificamente na cana-de-açúcar. Em vista de sua ligação com a Universidade e do título de doutor, pré-requisitos exigidos pelo organismo financiador para atuação na modalidade Ensino Regular, ele pode assumir a coordenação do novo projeto apresentado à agência de fomento.
A partir de sua aprovação, além de auxiliar o professor Menossi nas atividades de laboratório, Araújo passou a coordenar o projeto que visa melhorar a biomassa vegetal da cana-de-açúcar com o objetivo de aumentar o aproveitamento dos açúcares do bagaço da cana e, com isso, alavancar a produção de álcool a partir dele, o chamado álcool de segunda geração, já que o de primeira geração se origina da fermentação do caldo – conhecido como garapa. Neste trabalho, ele conta com a colaboração do docente, do seu doutorando Rafael Gallinari que, com suporte da Capes, desenvolve tese relacionada a alterações em paredes celulares, e do professor Paul Dupree, da University of Cambridge, envolvido no projeto.
Escopo do projeto
Essencialmente, o objetivo do projeto é melhorar o rendimento do processo que permite extrair açúcares ainda existentes no bagaço da cana – que hoje é simplesmente queimado ou utilizado como fonte de calor para a produção de energia elétrica nas próprias usinas – para a produção de álcool de segunda geração. Para tanto há necessidade de, com o emprego de intervenções genéticas adequadas, provocar alterações nas paredes das células que constituem a espécie de cana-de-açúcar hoje plantada, mantendo-a entretanto com as mesmas características físicas e capacidade produtivas.
Dito de outra forma, as modificações nas estruturas das células da cana visam evitar que as enzimas que atuam na fermentação dos açúcares contidos no bagaço tenham sua ação inibida durante o processo devido à formação de substâncias, denominadas limitantes, que impedem que a transformação ocorra com maior amplitude, afetando o rendimento e tornando-o antieconômico.
Araújo esclarece que as paredes das células, que se espalham por toda a planta, garantindo-lhe a sustentação, têm uma composição extremamente complexa, constituídas que são por várias moléculas e polímeros, em que predominam a celulose, a hemicelulose e a lignina. Todo esse sistema tem o controle genético de milhares de genes que constituem o DNA das células. “O nosso primeiro trabalho foi selecionar genes, entre milhares deles, que atuam no processo que desejávamos alterar na planta, de maneira a aumentar a disponibilidade dos açúcares presentes na parede celular do bagaço. Caracterizamos cinco deles com base em dados da literatura específica e das expertises dos dois professores colaboradores”, revela.
A determinação dos genes que interessam e que efetivamente determinam a formação da estrutura das paredes celulares foi feita em planta-modelo sem valor comercial, de fácil cultivo e crescimento rápido, a exemplo do que se faz quando são utilizados camundongos para estudos relacionados a humanos. No caso, foi utilizada a Arabidopsis thaliana, que já tem genoma sequenciado e muito bem estudado e definido, o que exigiu anos de pesquisa e muitos recursos materiais e humanos. Nesta planta foram selecionados quatro desses genes e depois identificados seus homólogos na cana, o que foi feito através de uma análise computacional, in silico. Um quinto gene, com o mesmo propósito, oriundo de uma planta medicinal, foi considerado.
Com o silenciamento de um desses genes, ou seja, da redução de sua manifestação ou expressão, pode-se verificar que modificações seriam provocadas nas paredes celulares e se estas levariam à maior acessibilidade das enzimas que atuam nos açúcares presentes no bagaço. Por ora, esclarece Gallinari, o estudo se concentrou em um deles, aquele que prenunciava resultados mais promissores. Daí a importância, diz o doutorando, de localizar um gene que atua no mecanismo que leva à formação dos inibidores, diminuindo a sua expressão, o que contribui para aumento do rendimento do processo, objetivo maior do estudo.
Na verdade, enfatiza Araújo, os três principais componentes do bagaço – a celulose, a hemicelulose e a lignina –, continuam a fazer parte da parede celular, só que as ligações entre eles passam a ser mais frágeis e podem ser rompidas mais facilmente. Na realidade foram modificadas, de forma pontual, as ligações na parede celular, sem prejuízo do seu desenvolvimento e composição, que poderiam comprometer o crescimento e rigidez da planta.
“Com a diminuição da expressão do gene que selecionamos, pretendemos que a planta geneticamente transformada se desenvolva normalmente, que não ocorra diminuição na produção dos componentes que serão transformados em álcool, mas que também traga um beneficio adicional, que é o mais eficiente e econômico aproveitamento do seu bagaço para produção de etanol. Com isso, conseguimos em laboratório aumentar em 20% a produção do etanol produzido a partir da cana, o que não é pouco quando são consideradas as toneladas processadas. Esse é o ponto crucial do nosso trabalho”, acrescenta Gallinari.
Segundo o pesquisador, além de sinalizar na direção de um maior aproveitamento da planta, a pesquisa vem em auxílio do mercado porque existem empresas investindo na produção de álcool de segunda geração, cuja obtenção passa a ser muito mais viável a partir de uma cana transgênica, geneticamente modificada, cujo desenvolvimento enfrenta ainda dificuldades técnicas.
Dificuldades
O professor Paul Dupree, reconhecido estudioso da hemicelulose, tem dado grandes contribuições na condução de experimentos com base em tudo que lhe é reportado pelos pesquisadores durante o trabalho. Nesse caminhar, conta Araújo, foram propostos experimentos mais complexos, que seriam cruciais para o trabalho e para a tese desenvolvida por Gallinari, que estão relacionados à caracterização dos materiais e que permitirão confirmar mais detalhadamente as características desejadas e esperadas.
A expectativa é que Gallinari vá a Cambridge para realizá-los com orientação do docente. A propósito, diz Araújo: “Já acertamos tudo, e na verdade, o professor Dupree está apenas aguardando a chegada do Rafael. Estamos ansiosos porque dependemos de uma bolsa, que pretendemos conseguir até o fim do ano, para custear a sua viagem e a estadia de seis meses em Cambridge. Corremos contra o tempo, e estamos fazendo gestões para obter recursos, embora a conjuntura não seja favorável”.
