“Superfotossíntese” aproveita melhor a luz do sol e fixa mais carbono nas plantas; agricultura vai passar por reviravolta no planeta
O projeto internacional RIPE (Realizando a Fotossíntese de Eficiência Aumentada ou Realizing Aumented Photosynthetic Efficiency, do inglês) alcançou os primeiros resultados no desafio de aprimorar o processo biológico mais importante da Terra: a fotossíntese.
Dez anos após seu lançamento, bioquímicos dos EUA, Inglaterra e Austrália conseguiram “superar bilhões de anos de seleção natural” e aumentar a biomassa de colheitas nos seus campos de testes. O resultado foi obtido por meio do cruzamento plantas e engenharia genética para melhorar utilização dos espectros da luz do sol.
Segundo o site do projeto, o RIPE aumentou em 15% a biomassa de uma colheita da equipe da Universidade de Essex; 40%, para uma equipe da Universidade de Illinois; e até 60% dos pesquisadores da Universidade Nacional da Austrália.
Luz e enzima
Embora a fotossíntese seja um dos fenômenos mais poderosos do planeta, sua conversão da energia solar em energia química tem rendimento bastante baixo. Apenas 5% da energia solar é convertida em crescimento pela planta.
Assim, o espaço para melhorias é enorme desde que identificadas as engrenagens da fotossíntese para otimizá-lo. O problema é que ela depende de 170 processos diferentes, dois ciclos interdependentes, três tipos diferentes de fixação de carbono e até fenômenos da mecânica quântica.
A primeira dificuldade foi identificar suas chaves estratégicas. As equipes do RIPE começaram, então, a simular todo o processo, desde os genes até o dossel (copa da plantas), interações com condições externas (temperatura, insolação, precipitação, etc.) e o processo de fotossíntese.
Eles identificaram duas alavancas. A primeira na luz do sol. A planta usa apenas uma parte dela que, por sua vez, está mal distribuída nas folhas pais elas não respondem muito bem às oscilações do sol.
A segunda é a enzima RuBisCO, que está no centro do processo de fotossíntese por assimilar o carbono capturado pela planta para fixá-lo. Outras enzimas então convertem esse carbono em açúcar, permitindo que a planta se desenvolva.
Porém, em 35% dos casos, em vez de carbono, RuBisCO fixa moléculas de oxigênio que produz resíduos. Assim, a planta deve eliminar ou metabolizar grande parte das moléculas, por exemplo, com a fotorrespiração, que consome muita energia.
Por isso, as equipes buscaram uma maneira de agir sobre essas duas alavancas e identificaram cinco mecanismos promissores. Entre eles, a otimização da folhagem; menor proteção das plantas contra o sol; a otimização da passagem de CO2 nas folhas; estimulação da enzima RuBisCO e, por fim, regeneração do metabólito RuBP.
Diferentes grupos de pesquisa são dedicados a cada um desses eixos com as mais avançadas técnicas desde o cruzamento tradicional à tesoura genética CRISPRCas9 para aproveitar a luz e transformá-la em carbono.
O grupo da Austrália, por exemplo, inseriu uma propriedade das algas em plantas de tabaco por meio de engenharia genética e espera ter até 60% mais rendimento.
“Foi um grande passo para nós. Mesmo depois de nossas manipulações, o carboxissomo permanece 5 a 6 vezes maior do que o que normalmente entra no cloroplasto”, diz Ben Long, da Australian National University.
Superfotossíntese
Já a equipe da University of Essex conseguiu impulsionar a fotossíntese estimulando dois processos simultaneamente. Assim, aumentou o rendimento da planta de tabaco em até 15% por atuar tanto na regeneração do metabólito RuBP, quanto no transporte de elétrons no cloroplasto.
Eles inclusive já preveem uma planta que combine todas estas otimizações para uma superfotossíntese. Para o pesquisador Dimitri Tolleter, no entanto, ainda há vários obstáculos. “Quanto mais transformamos uma planta, mais corremos o risco de ver efeitos colaterais inesperados. Ainda assim, a tal super planta não é impossível no papel”, comentou em reportagem ao site do projeto.
O pesquisador estima que levará mais uns 15 anos até que a tecnologia seja passada de plantas de testes – como o tabaco – para organismos mais complexos, como o milho, destinados à alimentação.
O RIPE é apoiado pela Fundação Bill & Melinda Gates, a Fundação dos EUA para Pesquisa em Alimentos e Agricultura e o Escritório Estrangeiro, da Comunidade e de Desenvolvimento do Reino Unido.
AG Evolution
