Na última década, a produção agrícola brasileira teve um enorme impulso. A produção de grãos no país aumentou 100%, enquanto a área plantada cresceu apenas 12%. Isso é resultado da crescente utilização de tecnologias modernas, sobretudo as associadas a programas de melhoramento de plantas, que vêm gerando variedades mais adaptadas às diversas condições ambientais e de cultivo e aos diferentes solos que existem no Brasil.
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Soja que recebeu genes para obter mais resistência à seca, em casa de vegetação (foto: Embrapa) | |
Os principais objetivos do melhoramento genético são resistência a doenças e insetos, adaptação aos estresses ambientais e melhoria da qualidade nutricional. O uso da tecnologia do DNA recombinante (DNAr), ou engenharia genética, tem permitido ampliar as estratégias que podem ser utilizadas pelos programas de melhoramento, uma vez que as características encontradas em um organismo podem ser transferidas para plantas.
Já é possível obter, com bastante sucesso, plantas resistentes a doenças usando métodos de melhoramento tradicionais, como cruzamentos interespecíficos, indução de mutações etc. A maior contribuição da tecnologia de DNAr para a geração de plantas resistentes a pragas até o momento vem do desenvolvimento de estratégias contra doenças virais. Os biólogos norte-americanos John Sanford e Stephen Johnson, da Universidade de Cornell, foram os primeiros a propor, em 1985, a possibilidade de se obter plantas resistentes a patógenos (organismos capazes de provocar doenças) modificando-as geneticamente a partir da introdução de seqüências genômicas dos próprios patógenos.
Na verdade, esse conceito já havia sido empregado pelo menos duas décadas antes, em um processo chamado de premunização, no qual uma planta é propositadamente infectada por uma estirpe fraca de um vírus para ganhar tolerância contra suas formas mais severas. Desde que se obteve a primeira planta transgênica (fumo) resistente a vírus, em 1986, em que se transformou a capa protéica do vírus do mosaico do tabaco (TMV), mais de uma centena de publicações tem sido apresentadas, relatando a obtenção de plantas geneticamente modificadas resistentes a vírus dos mais variados grupos.
As primeiras plantas liberadas para o setor produtivo foram o fumo resistente ao TMV na China, e o mamoeiro resistente ao vírus da mancha anelar (PRSV) nos Estados Unidos. Nesse país, várias outras plantas têm sido aprovadas para comercialização, como abóboras resistentes aos vírus WMV (watermelon mosaic vírus), ZYMV (zucchini yellow mosaic virus) e CMV (cucumber mosaic virus) e batatas resistentes aos vírus PLRV (potato leafroll virus) e PVY (potato virus Y).
A Empresa Brasileira de Pesquisa Agropecuária (Embrapa) tem obtido plantas transgênicas resistentes a viroses causadoras de grandes perdas para a agricultura brasileira. Utilizando a estratégia de expressão replicase do vírus do mosaico dourado do feijoeiro (BGMV) -- em que as plantas são modificadas para produzir o RNA ou a enzima capaz de multiplicar o genoma do vírus -- em plantas de feijão, foi possível obter exemplares resistentes a essa doença, responsável por perdas de 40% a 60%, podendo chegar a 100%, dependendo da fase de cultivo em que ocorre a infestação pelo vírus.
A partir do uso da técnica de expressão do gene da capa protéica viral, também foram obtidas plantas de mamoeiro resistentes ao PRSV e batatas resistentes ao PVY e vírus do enrolamento. Essas plantas foram introduzidas nos programas de melhoramento da Embrapa para geração de novas variedades. Avaliações de segurança para introdução de tais plantas no meio ambiente e para a saúde humana e animal têm sido feitas pela Rede da Embrapa de Biossegurança.
Esses estudos tiveram que ser interrompidos por até três anos, a partir de 2001, quando, por determinação judicial, tornou-se necessário à obtenção de várias licenças por parte dos órgãos de saúde, meio ambiente e agricultura para realização de experimentos de campo. Em 12 de março último, porém, o Instituto Brasileiro do Meio Ambiente e dos Recursos Naturais Renováveis (Ibama) autorizou a Embrapa a realizar testes de campo com o feijão resistente ao vírus do mosaico dourado.
O estresse provocado por déficit hídrico, baixa temperatura e alta concentração salina nos solo vem sendo amplamente estudado. Vários genes foram isolados, caracterizados e introduzidos em plantas. Um deles -- que responde à desidratação (DRE) -- mostrou ter papel importante na regulação da expressão de genes em resposta ao estresse hídrico e à baixa temperatura. O gene DREB1A foi introduzido em várias plantas, mostrando que pode conferir alta tolerância ao estresse hídrico.
Genes DREB têm sido inseridos em plantas de soja e trigo com o objetivo de obter plantas mais tolerantes ao déficit hídrico. Em experiência feita pelo Centro Internacional de Mejoramiento de Maíz y Trigo (CIMMYT), do México, em que o gene DREB1A foi introduzido no trigo, as plantas transgênicas foram capazes de tolerar um período de 15 dias sem irrigação, em condições de campo, apresentando apenas uma redução na turgescência das folhas.
Experimentos realizados na Universidade Federal de Viçosa (MG) demonstraram que a expressão do gene BiP (chaperone binding protein) isolado da soja, em plantas transgênicas de fumo com acúmulo da proteína BiP, foi capaz de conferir grande tolerância à falta de irrigação por até quatro semanas. Esse gene está agora sendo testado em várias leguminosas (soja, feijão e feijão-de-corda) na Embrapa Recursos Genéticos e Biotecnologia.
Grande número de estudos envolvendo resistência a fungos também tem sido desenvolvido. Embora ainda não haja plantas com essa característica sendo comercializadas, já existem variedades em pré-melhoramento. As principais estratégias buscam expressar proteínas hidrolíticas (glucanases, quitinases etc.), proteínas dos patógenos (defensinas, osmotinas etc.), expressão de proteínas heterólogas antimicrobianas (tioninas, defensinas, peroxidases, lisozimas etc.), expressão de fitoalexinas (restaverol), inibição da virulência do patógeno e alteração de componentes estruturais.
Vários peptídeos antimicrobianos presentes em plantas e animais têm sido caracterizados e genes sintéticos foram obtidos e introduzidos em plantas como banana, soja e alface. Estas estão agora em avaliação para resistência a muitas doenças fúngicas importantes, como a ferrugem asiática da soja, a podridão da alface e a sigatoga negra da banana.
Várias abordagens têm sido propostas para obter resistência a pragas (insetos) nos sistemas agrícolas. Em geral, as estratégias estão relacionadas à expressão de genes de proteínas que alteram o ciclo de vida ou que são letais para os insetos: inibidores de proteinases, inibidores de amilases, lectinas etc. Até o momento, a utilização do gene Bt (Cry) tem sido a estratégia mais eficiente e amplamente usada no mercado. O gene Bt codifica uma toxina da bactéria gram-positiva do solo, Bacillus thuringiensis. Muitos genes isolados dessa bactéria produzem inclusões cristalinas (cristais formados pela aglomeração das proteínas Bt no interior das células) de um potente inseticida (δ-endotoxinas) chamado toxina cristal (Cry) ou toxina citolítica (Cyt).
Três espécies de plantas geneticamente modificadas vêm sendo comercialmente cultivadas contendo genes Bt: milho, algodão e batata. No entanto, genes Bt têm sido introduzidos e avaliados em um grande número de espécies, como soja, maçã, arroz, álamo, alfafa, cana-de-açúcar, uva e tomate. Cerca de 15% dos cultivos comerciais com plantas geneticamente modificadas nos Estados Unidos, China, África do Sul, Indonésia e Austrália contêm o Bt. Na Embrapa, genes Bt têm sido isolados e caracterizados. Outros genes e estratégias em análise buscam obter feijão resistente a carunchos e café resistente a brocas.
A engenharia genética também tem sido utilizada como uma ferramenta para melhorar nutricionalmente as plantas, aumentando a concentração, sobretudo, de vitaminas e aminoácidos essenciais. Por outro lado, fatores antinutricionais são reduzidos ou removidos, como o fitato (myo-inositol hexa-kisfosfato) das sementes. O fitato retira importantes para a nutrição, como o cálcio, o ferro e o fósforo, além de reduzir a biodisponibilização destes nutrientes. Na Embrapa, os esforços têm se concentrado na produção de soja com menor teor de fitato. Também há estudos para caracterizar genes responsáveis pela produção de enzimas envolvidas na síntese de vitaminas (C, A e E) e de óleos essenciais. Isso será fundamental para a manipulação desses compostos em plantas usadas na alimentação humana e animal.
A produção de fármacos em plantas e animais geneticamente modificados é outro campo muito fértil. Nos Estados Unidos, existem no mercado ou em fase final de teste mais de 300 fármacos produzidos com o uso da engenharia genética. A grande maioria tem sido produzida em bactérias, leveduras ou células animais geneticamente modificadas. Têm-se buscado alternativas para reduzir o custo de produção desses fármacos ou aumentar a segurança do consumidor. A Embrapa está avaliando a síntese de proteínas de interesse farmacológico, como o hormônio de crescimento humano e anticorpos produzidos em sementes de leguminosas e gramíneas ou em animais usados como biorreatores.
Além dos exemplos citados, muitos outros estão em andamento nos vários centros de pesquisa da Embrapa e em grande número de institutos e universidades brasileiras, tanto públicas quanto privadas. Entretanto, o ambiente para a pesquisa científica nessa área tem sido desfavorável, uma vez que o país está buscando somente agora resolver as pendências jurídicas para aprovar uma lei que permita dar segurança a pesquisadores e investidores.
Pela nova lei, em discussão no Congresso Nacional, cria-se o Conselho Nacional de Biossegurança, responsável pela formulação da Política Nacional de Biossegurança. Esse fato, muito relevante, só surtirá o efeito necessário se o Brasil contar também com uma Política Nacional de Biotecnologia, que permita que haja investimento na proporção suficiente e continuidade garantida para a geração das tecnologias que o país precisa para desenvolver sua agricultura e pecuária.
O INSTITUTO
