A hora e a vez da biotecnologia no agro

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Na agricultura, a junção da biologia com a tecnologia leva à compreensão das relações entre solos, plantas, clima e demais variáveis que impactam a produção de alimentos no Brasil e no mundo

Utilizar seres vivos ou parte deles para o desenvolvimento de experimentos científicos e produtos dos mais variados tipos, incluindo os chamados “novos alimentos”, que cumpram funções socioeconômicas, é a principal definição de biotecnologia.

Basicamente, ela se refere à junção entre a biologia e a tecnologia. E esse conjunto de técnicas envolve diversas áreas do conhecimento e, consequentemente, vários profissionais, até por ser considerada uma ciência de natureza multidisciplinar.

“A biotecnologia, no sentido amplo da palavra, começou a ser usada no Brasil e no mundo desde os primórdios da agricultura, com a domesticação das plantas e dos animais. O termo foi utilizado pela primeira vez no início do século passado.

Embora seja novo, seu princípio é muito antigo”, conta o engenheiro agrônomo Fábio Gelape Faleiro, pesquisador da Unidade Cerrados da Empresa Brasileira de Pesquisa Agropecuária (Embrapa).

A biotecnologia permeia por áreas diversas de atuação, propiciando o desenvolvimento de diversas técnicas biotecnológicas e trazendo, consequentemente, benefícios para a sociedade, tanto nas áreas rurais quanto urbanas.

Há 7.000 anos a.C., a levedura já era usada na fermentação da uva… Foto: Divulgação

para a produção de vinho… Foto: Depositphotos

…e também na elaboração do pão… Foto: Alex Duarte – Padoca do Alex

com uso do fermento natural Foto: Depositphotos

Áreas de atuação

“Podemos citar como exemplos as fermentações industriais na produção de vinhos, cervejas, pães, queijos e vinagres; a produção de fármacos, vacinas, antibióticos e vitaminas; a utilização de biofungicidas no controle biológico de pragas e doenças; o uso de microrganismos visando à biodegradação de lixo e esgoto”, cita Faleiro.

Ele ainda acrescenta “o uso de bactérias fixadoras de nitrogênio e fungos micorrízicos para a melhoria de produtividade das plantas; o desenvolvimento de plantas e animais melhorados, utilizando técnicas convencionais de melhoramento genético; e também a transformação genética”.

Mestre em Genética e Melhoramento, doutor em Genética e Melhoramento e pós-doutor em Genética e Biotecnologia, Fábio Faleiro é um dos 36 autores do livro digital “Biotecnologia: estado da arte e aplicações na agropecuária”, disponível para download gratuito pelo link (encurtado): ow.ly/8ZfQ30p8IIs.

Milhares de anos atrás

Segundo Faleiro, estima-se que há 8.000 anos a.C., na Mesopotâmia – o berço da civilização da humanidade –, os povos já selecionavam as melhores sementes das plantas que se mostravam superiores, para aumentar a colheita.

“Outro exemplo histórico da biotecnologia é a utilização da levedura na fermentação da uva e do trigo para produção de vinho e pão, o que já ocorria por volta de 7.000 anos a.C.

No caso da biotecnologia moderna, podemos dizer que as bases científicas iniciaram com a descoberta da estrutura do DNA (ácido desoxirribonucleico – molécula responsável pela informação genética de cada ser vivo), por James Watson e Francis Crick, em 1953”, relata o pesquisador. De acordo com ele, a partir da descoberta do DNA e do código genético, “houve uma revolução incrível” na área da genética e biologia molecular, a partir do surgimento da manipulação controlada e intencional do DNA, por meio das técnicas de engenharia genética.

“Além dos produtos tecnológicos, a biotecnologia moderna tem possibilitado o desenvolvimento de diferentes tipos de marcadores moleculares e técnicas de análises genômicas e proteômicas, as quais têm permitido várias aplicações práticas na pesquisa e desenvolvimento da agropecuária”, informa o engenheiro agrônomo.

No caso do setor agropecuário, continua Faleiro, “ações de pesquisa e desenvolvimento na área biotecnológica são fundamentais para o desenvolvimento de sistemas mais produtivos e sustentáveis”.

Bioinformática

Para sua evolução até os dias atuais, esse setor também contou com o avanço da informática. “A biotecnologia se une à bioinformática de maneira sólida, na década de 1990, com o grande avanço da ciência da computação. Essa união ocorreu devido à necessidade de processamento de grandes bases de dados biológicos, obtidos a partir de tecnologias de análises genômicas, proteômicas e metabolômicas”, relata o cientista.

Em uma definição abrangente, acrescenta Faleiro, “a bioinformática é tida como o estudo e a aplicação de técnicas computacionais e matemáticas à geração e ao gerenciamento de informações biológicas, em especial, da biologia e genética molecular”.

“De maneira geral, a bioinformática pode combinar informações da química, física, biologia, ciência da computação e matemática/estatística para processar dados biológicos.”

Apesar do grande avanço obtido até os dias de hoje, o pesquisador explica que“ a rapidez com que surgem novas técnicas da biologia molecular e o gigantesco volume de dados e informações produzidos pelos projetos, nessa área, exigem que a bioinformática esteja em constante evolução”.

De acordo com o pesquisador da Embrapa Cerrados, “a união da biotecnologia com a bioinformática também favorece a agropecuária, por meio do desenvolvimento de ferramentas para organização de bancos de dados, respectivas análises e modelagem, além do desenvolvimento de protocolos para apoio a programas de conservação, caracterização e uso de recursos genéticos e de melhoramento genético de plantas e animais, por meio de métodos clássicos e também pela engenharia genética”.

Com a descoberta do DNA, houve uma revolução na área da genética e biologia molecular – Foto: Divulgação

A bioinformática combina informações da química, física, biologia, ciências da computação e matemática para processar dados biológicos – Foto: iStock

Conservação de bens naturais

As técnicas de biotecnologia também são usadas na restauração/recuperação e conservação de bens naturais, como água e solo.

Conforme ressalta a bióloga Solange Rocha Monteiro de Andrade, também pesquisadora da Embrapa Cerrados e uma das autoras do e-book “Biotecnologia: estado da arte e aplicações na agropecuária”, dentro do conceito amplo dessa área, “podemos considerar o uso de microrganismos para Fixação Biológica de Nitrogênio (FBN) como uma das aplicações mais bem sucedidas para a manutenção do equilíbrio biológico do solo”.

“Uma recente aplicação da biotecnologia envolve o uso de bioindicadores para avaliação da saúde do solo. Esses bioindicadores avaliam a biomassa, a atividade e a diversidade microbiana que estejam relacionadas à decomposição de resíduos orgânicos, ciclagem de nutrientes e formação de matéria orgânica”, informa a cientista.

Mestre em Ciências Agrárias (Fisiologia Vegetal), doutora em Agronomia (Genética e Melhoramento de Plantas) e pós-doutora em Fisiologia Vegetal, ela cita outro exemplo: a futura utilização da biotecnologia que tende a levar à descoberta de bactérias que “comem” plástico.

“Tais bactérias são mais eficientes para digerir e reutilizar as milhares de garrafas PET geradas no planeta. A aplicação dessa ferramenta deve chegar, em breve, a todos os lugares”, acredita Solange.

A união da biotecnologia com a bioinformática favorece a agropecuária por meio do desenvolvimento de ferramentas, entre elas, o melhoramento genético de animais (foto acima – Divulgação) e de plantas, como o feijão (foto abaixo – IAPAR)

Biorremediação

A cientista ainda menciona pesquisas que visam minimizar a contaminação por metais e pesticidas em solos e água, conhecidas como biorremediação ou fitorremediação. “Os estudos avançam na seleção e melhoramento de plantas e microrganismos capazes de absorver, decompor ou acumular os metais e pesticidas.”

De acordo com a pesquisadora, já foram identificados organismos potenciais para essa função: “Porém, a aplicação dessas tecnologias depende do aumento da sua eficiência para uso em larga escala. Isso, em geral, envolve o uso de ferramentas modernas de biotecnologia, como o desenvolvimento de meios de culturas específicos, transformação genética e avaliações de segurança humana e ambiental”.

A fitorremediação ou biorremediação usa plantas e microrganismos capazes de absorver, decompor ou acumular os metais e pesticidas, minimizando a contaminação por metais e pesticidas em solos (acima) e água (abaixo) – Fotos: Divulgação

Técnicas sustentáveis

Nos dias atuais, o pesquisador Fabio Faleiro afirma que tem sido de suma importância trabalhar com técnicas sustentáveis no campo, como é o caso da Fixação Biológica de Nitrogênio (FBN), para a conservação de bens naturais.

A expectativa dos cientistas é que a Biotecnologia leve à descoberta de bactérias que “comam” plástico, digerindo as milhares de garrafas PET que poluem praias e mares,…

… prejudicando diretamente diversas espécies de animais marinhos, entre peixes, mamíferos, aves, tartarugas etc. – Fotos: Divulgação

“Dentro desse contexto, produtos inoculantes contendo bactérias diazotróficas selecionadas pela pesquisa, eficientes em fixar o N2 atmosférico, assumem papel de destaque. O uso apropriado de inoculantes gera ganhos econômicos, oriundos do aumento da produtividade das culturas e/ou da redução da aplicação de fertilizantes nitrogenados.”

No Brasil, informa o especialista, “apenas na cultura da soja, o uso da FBN – em substituição à adubação nitrogenada – traz uma economia que supera 13 bilhões de dólares ao ano, quando considerada a área plantada, o rendimento de grãos, o índice de colheita de N e a eficiência da adubação com fertilizantes sintéticos”.

Gases poluidores

Quanto à questão da sustentabilidade do meio ambiente, o uso da FBN, no lugar de fertilizantes nitrogenados na cultura da soja, “permite que cerca de 100 milhões de toneladas de gases equivalentes de gás carbônico (CO2) deixem de ser emitidas, anualmente”.

Conforme Faleiro, esse número tem como base o fato de que a produção e a aplicação desses fertilizantes emitem grandes quantidades de gases de efeito estufa (GEEs), que são poluidores e agridem a atmosfera.

“Em média, a cada quilo de N fertilizante utilizado, cerca de quatro quilos de gases equivalentes de CO2 são emitidos ainda antes de sua aplicação e, aproximadamente, mais seis quilos na lavoura, sendo grande parte pela emissão de N2O gerado no processo de desnitrificação.”

O cientista acrescenta que, “ao se utilizar bactérias diazotróficas, praticamente é eliminada a emissão de gases fora da fazenda e muito menos é emitido na lavoura”.

Microrganismos naturais

Os fungos micorrízicos arbusculares (FMA) também são outros microrganismos encontrados na natureza e funda mentais aliados dos sistemas produtivos. “Esses fungos ocorrem naturalmente nos solos e formam uma associação simbiótica com as plantas, denominada micorriza”, explica Faleiro.

As micorrizas podem contribuir significativamente para o crescimento e produtividade das plantas. “Na micorriza, as hifas do fungo atuam como extensão do sistema radicular, possibilitando a absorção de nutrientes e água em um volume de solo muito maior do que o alcançado por raízes não colonizadas. Essa característica é particularmente importante na absorção de nutrientes com baixa mobilidade no solo, como o fósforo (P).”

O engenheiro agrônomo relata que, além de maior eficiência no uso da água e nutrientes do solo, as micorrizas também podem atuar no controle de doenças de plantas. Isso porque as “alterações morfológicas nas raízes colonizadas por fungos micorrízicos podem diminuir os sítios de infecção para os patógenos”.

“Os fungos micorrízicos também podem contribuir para a diminuição da emissão de gases de efeito estufa, armazenando carbono no solo, por meio da produção da gomalina, uma glicoproteína componente da matéria orgânica.”

No cultivo de soja, por exemplo… – Foto: Divulgação

… as micorrizas auxiliam, naturalmente, no desenvolvimento e produtividade das plantas – Foto: Fabiano Bastos – Embrapa

Além de maior eficiência no uso de água e nutrientes do solo, os fungos micorrízicos também atuam no controle de doenças de plantas – Foto: Divulgação

Manejo das lavouras

Como a inoculação com fungos micorrízicos ainda não é uma prática comum, o aumento da densidade desses microrganismos nos solos e sua eficiência nas plantas dependem de um bom manejo das lavouras e das culturas utilizadas nos sistemas de produção.

“Nesses sistemas de manejo devem ser priorizados, por exemplo, os sistemas de plantio sem revolvimento do solo, a rotação de culturas e a utilização de plantas de cobertura e adubos verdes.”

Atualmente existe no Brasil, somente um inoculante composto natural e biologicamente por fungos micorrízicos arbusculares, devidamente autorizado pelo Ministério da Agricultura, Pecuária e Abastecimento (Mapa) para comercialização e uso nas lavouras do País. Trata-se do Rootella BR, da startup nacional NovaTero BioAg.

As micorrizas contribuem para obtenção de raízes mais vigorosas das plantas – Foto: Divulgação NovaTero

“Os fungos micorrízicos auxiliam uma grande quantidade de espécies de plantas, incluindo diversas culturas agrícolas. Eles atuam como promotores de crescimento das plantas, estendem o sistema radicular, solubilizam o fósforo e outros nutrientes, além de captar água e promover o aumento da resistência das plantas e na estrutura do solo”, explica Yuri Maggi, diretor operacional e um dos sócios da empresa.

Leia a matéria sobre os benefícios do Rootella BR, publicada na revista impressa A Lavoura nº 722, páginas 6 e 7 (acesse gratuitamente em ow.ly/wRFS30pmk4E) ou na versão online (alavoura.com.br/?p=2465).

Engenharia de alimentos

A biotecnologia também traz desenvolvimento para a indústria de alimentos no Brasil e no mundo. “A biotecnologia favorece a engenharia de alimentos por meio da tecnologia da fermentação, que utiliza processos biológicos em escala industrial, fazendo a ligação entre a biologia, microbiologia e engenharias químicas e de alimentos”, destaca o pesquisador e engenheiro agrônomo Fabio Faleiro.

Segundo o especialista, o uso da microbiologia para produção de alimentos é feita desde os primórdios da agricultura, “quando pensamos na produção do pão, vinho e outras bebidas alcóolicas, leite fermentado, queijos, entre outros alimentos”.

“Entretanto, há poucas décadas, raros produtos – como as bebidas alcoólicas – eram produzidos em escala industrial.”

Ele acrescenta que, “dessa forma, a biotecnologia aplicada à produção de alimentos tem papel importante na segurança alimentar nos dias de hoje e daqui a algumas décadas, com a produção em alta escala de bebidas alcóolicas, produtos lácteos e demais alimentos, rações, proteínas, enzimas, vitaminas, hormônios, solventes orgânicos, ácidos, polímeros, soros, vacinas comestíveis, entre outros”.

Na visão de Faleiro, com a evolução da ciência dos alimentos, a biotecnologia vai avançar também na otimização de processos industriais de produção alimentícia, com alta eficiência e sustentabilidade.

Tratando da qualidade dos alimentos, o pesquisador cita a aplicação da engenharia genética para o desenvolvimento de plantas transgênicas, com maior qualidade nutricional e funcional.

A biotecnologia aplicada à agricultura desenvolve plantas com alta eficiência e sustentabilidade – Foto: Depositphotos

Ciência dos alimentos

Ainda conforme o cientista, “existem vários estudos em andamento para o desenvolvimento de alimentos com concentração aumentada de fatores nutricionais – como as vitaminas, óleos e aminoácidos essenciais – e concentração reduzida de fatores antinutricionais, como o fitato (myo-inositol hexa-kisfosfato).”

Cientificamente conhecido como ácido fítico, o fitato – que se apresenta em forma de sal – é usado pelas plantas para armazenamento de fósforo. No entanto, ele não é fonte de fósforo para humanos e para animais não ruminantes.

Do ponto de vista nutricional, o fitato é um composto que está naturalmente presente em leguminosas – feijão, ervilha, lentilha, grão-de-bico, entre outras –, em algumas nozes e também em cereais – como arroz, trigo, milho, aveia, centeio e seus farelos.

Ao ingerir alimentos compostos por fitato, esse composto se liga a sais minerais – como: zinco, ferro e cálcio – no intestino humano, impedindo que o organismo aproveite esses nutrientes da melhor maneira possível.

Por essa razão, ele é considerado um “antinutriente”. Sendo assim, a ciência dos alimentos pode auxiliar no desenvolvimento de produtos alimentícios, tornando o fitatoinativo.

Adriana Brondam (acima – Foto: Divulgação CIB): “Embora ainda polêmicos, são exemplos de biotecnologia aplicada à agricultura o desenvolvimento de cultivares de milho (abaixo – Foto: Cleverson Beje) e soja transgênicos

Conhecimento científico

Doutora em Ciências Biológicas e diretora executiva do Conselho de Informações sobre Biotecnologia (CIB), a pesquisadora Adriana Brondani ressalta a importância do conhecimento científico, em seu modo mais amplo, como ferramenta fundamental para todas as áreas produtivas.

“Na saúde, por exemplo, a biotecnologia é responsável pelo desenvolvimento de medicamentos, vacinas, diagnósticos e tratamentos. No abastecimento energético, a ciência transforma, por meio da física e da química, matéria-prima em energia.”

Na agricultura, continua a especialista, a ciência “leva à compreensão da relação entre solos, plantas, clima e demais variáveis que impactam a produção de alimentos, no Brasil e no mundo”.

Para o setor agrícola, ela destaca que “a relevância da ciência é inquestionável”. “Sementes com alta tecnologia agregada, máquinas que facilitam o manejo, fertilização que corrige o solo, técnicas de irrigação que permitem o plantio, insumos que protegem as plantas e melhoramentos genéticos que garantem novas variedades são apenas algumas das inovações que já revolucionaram essa área”, aponta Adriana.

“Se olharmos de maneira aprofundada para a ciência na biotecnologia agrícola, veremos que elas são tão ligadas que até se confundem.

Transgênicos

Embora ainda carreguem bastante polêmica, a bióloga cita como exemplo de biotecnologia na agricultura o desenvolvimento de cultivares de milho e soja transgênicos. Ambas fazem parte do processo produtivo agrícola há uma e duas décadas, respectivamente, e “isso não é por acaso”.

“Ao longo dos anos, esses alimentos se tornaram os principais produtos da exportação brasileira, rendendo 16,7 milhões de toneladas a mais de grãos na balança comercial e R$ 45 bilhões adicionais em riquezas para o País”, informa a pesquisadora.

Ela também indica o algodão e a cana-de-açúcar, que contam com variedades geneticamente modificadas, e trazem muitos benefícios ao setor. “Os membros da Comissão Técnica Nacional de Biossegurança (CTNBio), responsável pela avaliação da biossegurança dos transgênicos no Brasil, especialistas em biologia molecular e áreas afins, ao se aterem rigorosamente aos critérios científicos, prestaram um inestimável serviço ao País.”

Dados mais recentes de um relatório do Serviço Internacional para Aquisição de Aplicações de Agrobiotecnologia (ISAAA) mostram que o Brasil cultivou 51,3 milhões de hectares com culturas transgênicas, em 2018 – um crescimento de 2% em relação ao ano anterior ou o equivalente a 1,1 milhão de hectares.

Tecnologia de plantas

Conduzido pelo Conselho de Informações sobre Biotecnologia (CIB) em parceria com a Agroconsult, o estudo “Impactos econômicos e socioambientais da tecnologia de plantas resistentes a insetos no Brasil: análise histórica, perspectivas e desafios futuros” mostra que a tecnologia de resistência a insetos – inserida nas sementes de algodão, milho e soja por meio da transgenia –, em caso de perda de eficiência, pode fazer com que os agricultores brasileiros deixem de lucrar R$ 86 bilhões na próxima década.

Segundo o CIB, esse lucro adicional seria composto por R$ 70,5 bilhões, vindos do aumento de produtividade esperado, e R$ 15,8 bilhões, em função da queda no custo de produção. Ainda conforme o levantamento, de 2005 a 2018, as sementes de algodão, milho e soja resistentes a insetos geraram um lucro adicional de R$ 21,5 bilhões para os produtores rurais do País.

Os resultados apresentados pelo estudo também mostram que, entre 2005 e 2018, por conta da tecnologia de resistência a insetos (também conhecida como Bt), foram produzidas 55,4 milhões de toneladas a mais de algodão, soja e milho. Esse montante poderá ser acrescido de 107,1 milhões de toneladas de grãos e fibras na próxima década.

Mais informações sobre o estudo do CIB /Agroconsult, acesse https://cib.org.br/impactos-do-bt.

A aplicação da engenharia genética desenvolveu plantas transgênicas com maior qualidade nutricional e funcional – Foto: Fotolia

Desenvolvimento sustentável

Na visão da diretora executiva do Conselho de Informações sobre Biotecnologia, Adriana Brondani, o esforço de pesquisadores brasileiros, no desenvolvimento de novas tecnologias para a agricultura, transformou a história do agro nacional.

“Em aproximadamente quatro décadas, saímos da posição de importadores de grãos para sermos um dos maiores exportadores globais.”

Para ela, “o acúmulo de saberes [envolvendo a ciência da biotecnologia], que possibilitou esse desempenho, continua ocorrendo”. “Hoje, ferramentas de agricultura digital se somam ao íntimo conhecimento que adquirimos sobre a relação entre o vegetal, a terra, o clima e as ameaças à produção, auxiliando pequenos, médios e grandes produtores rurais a aumentarem seus rendimentos, mas preservando o meio ambiente”, relata a bióloga.

Na opinião de Adriana, “é precisamente isso que nos moverá no sentido do desenvolvimento sustentável”. “Se quisermos chegar a esse futuro desejável, não poderemos abrir mão de nenhuma contribuição da ciência, nem na agricultura, nem de nenhuma outra área”.

“A ciência deve ser reconhecida como essencial e não ser colocada na categoria de ‘acessório’ ou se submeter a lógicas de conveniência. Mesmo tendo entregado tantos benefícios e confirmado sua confiabilidade tantas vezes, seu mérito ainda é erroneamente questionado”, critica.

Fontes: Embrapa Cerrados e Conselho de Informações sobre Biotecnologia (CIB)