Biotecnologia Marrom: trabalhando a vida em ambientes secos

A cor Marrom representa a área da Biotecnologia responsável pela inovação e gestão de recursos de terras áridas e de desertos. As atividades envolvem, principalmente, a bioprospecção de organismos nestes biomas e o desenvolvimento de tecnologias de interesse ao ser humano e ao meio ambiente. O uso de ferramentas agrícolas para a criação de organismos geneticamente modificados, por exemplo, pode ser utilizado neste contexto para tornar sementes mais resistentes às condições estressantes (baixa pluviosidade, altas temperaturas, salinidade, radiação UV, entre outros) e para geração de cultivos de maior rendimento. Outros temas de interesse incluem o desenvolvimento da agricultura e aquicultura salina, o uso e viabilização de recursos hídricos, o desenvolvimento de bioprodutos alternativos (combustíveis, pesticidas, fertilizantes) e o combate à desertificação. 

Um bom exemplo de possibilidades oferecidas pela Biotecnologia Marrom é um projeto fascinante, desenvolvido por Magnus Larson, um estudante de arquitetura sueco. Sua tese se baseou na necessidade de impedir a propagação do deserto do Saara (desertificação) usando as bactérias Bacillus pasteurii, que excretam substâncias colantes e carbonato de cálcio, sendo capazes de definir as dunas como concreto depois de vinte e quatro horas. A desertificação é um processo de degradação do solo em regiões áridas (empobrecimento de carbono e diminuição da umidade) exacerbada por efeitos interativos de causas biofísicas, ecológicas e humanas, como uso e ocupação indevidos do solo. Já a contenção dessa condição ocorre idealmente com a capacidade da conversão biológica das desvantagens ecológicas em benefícios econômicos. Neste sentido, Larson sugeriu que é possível formar um muro e outras estruturas arquitetônicas cobrindo as dunas de areia existentes na região com Bacillus pasteurii comumente encontradas nas áreas úmidas. As bactérias não são patogênicas e morrem no processo de solidificação da areia. No TED disponível no link abaixo, você pode conferir uma apresentação incrível do Magnus Larson explicando como transformar dunas em arquitetura:

https://www.ted.com/talks/magnus_larsson_turning_dunes_into_architecture/transcript

Figura 1 – Simulação de uma estrutura de arenito. A tecnologia proposta acrescenta rugosidade à textura da superfície da duna (1), fornece suporte físico para  árvores utilizadas como cintos de proteção (2) e cria espaços habitáveis ​​dentro dessa barreira (3)

Fonte – Larsson, M. (2009)

Publicações científicas recentes também devem servir como exemplo do potencial da Biotecnologia Marrom. Os temas são encontrados distribuídos em uma enorme diversidade de aplicações, que se baseiam desde os conceitos mais clássicos até os mais modernos e multidisciplinares da Biotecnologia:

  • 1. Gairola et al. (2018) descreve em uma revisão as principais aplicações biotecnológicas de plantas do deserto, bem como as técnicas envolvidas. Com potencial de conservação da biodiversidade e abordagens de questões agrícolas, medicinais e ambientais, o artigo fornece uma pesquisa prospectiva para o estudo da diversidade de plantas desérticas dos Emirados Árabes Unidos através da impressão digital de DNA. Também são discutidos os mecanismos de resistência aos estresses bióticos e abióticos, onde uma atenção especial é dada aos halófitos do deserto e sua utilização para aliviar o estresse de salinidade, que é um dos principais desafios da agricultura. O artigo também mostra como simbioses com microrganismos podem ser componentes importantes da sobrevivência de plantas desérticas em condições ambientais estressantes;

Figura 2 – Estrutura conceitual que resume as potenciais aplicações biotecnológicas dos organismos do deserto.

Fonte – Adaptado de Gairola et al. (2018)

  • 2. Hazzouri et al. (2020) nos apresenta a importância do cultivo da tamareira (Phoenix dactylifera L.) no Oriente Médio e no Norte da África como um dos principais contribuintes para a segurança alimentar em regiões áridas do mundo. O artigo revisa estudos recentes sobre a tolerância da tamareira à salinidade e ao estresse hídrico, o papel dos microbiomas do solo e das raízes na tolerância ao estresse abiótico e destaca as descobertas no campo das Ciências “Ômicas”. Os autores descrevem perspectivas futuras que incluem a melhoria dos recursos genômicos existentes, a aplicação do mapeamento genético para determinação da base genética da variação nas tolerâncias entre cultivares e a adoção de tecnologias de edição de genes no estudo do estresse abiótico em tamareiras;
  • 3. Artigos como os de Cowan et al. (2020), Leung et al. (2020) e Sayed, et al. (2020) debatem sobre a abundante e diversificada vida microbiana nos ecossistemas globais do deserto. Nos é mostrado que os microrganismos sofrem uma série de tensões físico-químicas (baixo potencial hídrico, falta de carbono e nitrogênio e temperaturas extremas) que ditam os mecanismos energéticos e da dinâmica trófica que sustentam a permanência e função microbiana nesses ecossistemas tão extremos. O estado de dormência, por exemplo, é uma estratégia comum que facilita a sobrevivência de fungos e bactérias. Os artigos apresentam evidências sugerindo algumas aplicações biotecnológicas, entre elas que: Traços do metabolismo destes microrganismos podem ser estudados para compreender e prever respostas para o crescente problema da desertificação; Condições ambientais adversas em biomas extremos podem também selecionar microrganismos com potencial para sintetizar novas moléculas antibióticas e antitumorais; Interações e comunidades microbianas podem se mostrar muito úteis na implementação de biomarcadores ambientais em regiões desérticas;
  • 4. Nos Procedimentos da Décima Conferência Internacional sobre Desenvolvimento de Terras Secas (El-Beltagy & Saxena, 2010), vários resumos expandidos foram expostos abrangendo a Biotecnologia Marrom, como: “Melhorando o crescimento, rendimento e qualidade da ervilha (Pisum sativum) em solo arenoso por fertilizantes com fósforo e tratamentos biológicos de sementes para controlar a podridão das raízes” (p. 338-345); “A capacidade da planta Sedum aizoon (plantas ornamentais) de tolerar diferentes estresses ambientais” (p. 477-483); “Desenvolvimento de variedades de culturas resistentes à seca e ao estresse térmico no Egito” (p. 508-518); “Engenheirar antioxidantes em batata transgênica (Solanum tuberosum L.) confere maior tolerância a vários estresses ambientais” (p. 519-536);
  • 5. Em uma abordagem bastante inovadora, resultados advindos da Biotecnologia Marrom conseguem fornecer informações e potenciais tecnologias relacionadas a astrobiologia. Em artigos como os de Aerts et al. (2020) e Azua-Bustos et al. (2020) nos é apresentado estudos sobre a bioassinatura microbiana em ambientes terrestres análogos aos de Marte, neste caso, diferentes regiões do deserto do Atacama, no Chile. Os autores utilizam de técnicas de coleta de amostras, de detecções mais sensíveis e de avaliação das dinâmicas de dispersão e demonstram que existem locais onde a vida é capaz de manter uma base de apoio, e que estes podem ser alvos para futuras missões de exploração extraterrestre. As descobertas sugerem também que a vida microbiana pode se beneficiar do transporte eólico para se mover pelo planeta e encontrar habitats adequados para prosperar e evoluir. Já Huang et al. (2020) relata o meio pelo qual as rochas de gesso do deserto fornecem água para seus microrganismos colonizadores, onde biofilmes de cianobactérias se beneficiam da cristalização e transformam o gesso em anidrita. Estes resultados não só esclarecem mecanismos de sobrevivência em condições severas, mas também oferecem artifícios para métodos avançados de armazenamento de água.

Por fim, é importante destacarmos que terras áridas e desertos compõem uma grande parte do território do nosso planeta, cerca de dois terços do continente africano. Só na África, metade da população (cerca de 600 milhões de pessoas) é encontrada nessas áreas. Regiões áridas e desérticas geralmente estão associadas a populações altamente vulneráveis devido a fatores como o elevado crescimento populacional, a recursos naturais escassos, a emergência de doenças, a educação e infra estruturas inadequadas e ainda por cima por possuírem uma fraca base tecnológica. Organizações biotecnológicas rurais como a Associação de Instituições de Pesquisa Agrícola no Oriente Próximo e Norte da África (AARINENA), a Associação Ásia-Pacífico dos Institutos de Pesquisa Florestal (APAARI) e o Fórum Regional de Pesquisa e Desenvolvimento Agrícola (FORAGRO) promovem atividades voltadas a produção de alimentos e a provisão de empregos remunerados. 

A Biotecnologia Marrom, neste caso, consegue não só melhorar a produção de cultivos para alimentação, mas também auxilia a movimentar a economia pela geração de plantas ornamentais e madeiras para móveis, bem como destinadas a forragem e a produção de óleo vegetal. A Biotecnologia faz e ainda pode fazer muito mais pela melhora na qualidade de vida das pessoas mais afetadas por essas condições desfavoráveis.

Você achou tudo isso interessante??? Acompanhe a LiNABiotec esta semana para mais novidades sobre a Biotecnologia Marrom!!! 

Autores: Renato F. F. Franco (UFG) e Hiago Leão Ferreira (UFBA VCA)

Referências: https://drive.google.com/file/d/1CLrAyPoi_qpegtoZeyoR17Ba1zwSr7MT/view?usp=sharing