As plantas, por exemplo, são colonizadas por milhares desses seres invisíveis a olho nu, que participam de diversas funções importantes para sobrevivência vegetal, como:

• Fornecimento de nutrientes, como nitrogênio, fósforo e potássio (NPK);
• Auxílio na obtenção de água;
• Aumento de tolerância a estresses ambientais como seca, calor, excesso de água, entre outros;
• Defesa contra pragas e doenças.

Hoje, tecnologias baseadas em atividades microbianas como essas já existem no mercado de insumos agrícolas como produtos biológicos, coquetéis de microrganismos capazes de conferir alguma vantagem ao desenvolvimento vegetal. 

Entre eles, estão os defensivos biológicos, capazes de proteger a planta de pragas, e os bioestimulantes ou biofertilizantes, que cumprem o papel de melhorar a produtividade vegetal, ajudar na absorção de nutrientes pelas plantas ou na biodisponibilização de minerais presentes no solo.

Microbioma X Microbiota

O conceito de microbioma vem sendo consolidado apenas recentemente. Até então, o termo “microbiota” era o mais comum, e utilizado para descrever determinadas comunidades microbianas presentes em um ambiente ou hospedeiro (como a microbiota intestinal em seres humanos, por exemplo). Hoje, pesquisadores defendem o uso do termo “microbioma” como parte deste vocabulário descritivo para refletir de forma mais acurada os recentes avanços científicos na área englobando, nesta definição, características, funções e genomas dos microrganismos.

Nesse sentido, o microbioma inclui não apenas a totalidade de microrganismos presentes em um ambiente ou hospedeiro, mas também seu “teatro de atividade”, que nada mais é que todo repertório de funções e de moléculas produzidas pelos microrganismos, como metabólitos e ácidos nucleicos. Já a microbiota compreende apenas os microrganismos que fazem parte do microbioma.

Quando falamos em microbioma humano, hoje sabemos que todo o corpo é colonizado por microrganismos que formam uma importante linha de defesa contra patógenos e garantem o bom funcionamento do organismo. Recentemente, diversas pesquisas têm descoberto que a disbiose (ou desequilíbrio) da microbiota humana intestinal, por exemplo, está relacionada uma maior suscetibilidade de doenças, como:

• Doenças cardiovasculares;
• Diabetes tipo 2;
• Síndromes metabólicas;
• Alzheimer;
• Parkinson;
• Esclerose múltipla;
• Doenças autoimunes.

Esses exemplos demonstram que a ciência compreende, cada vez mais, que os microrganismos que habitam nosso corpo estão associados a uma infinidade de funções e são importantes promotores da homeostase. Isso é verdadeiro também para as plantas, conhecimento que está gerando uma onda de inovação biotecnológica principalmente na agricultura, como veremos a seguir.

Microbioma na agricultura: terreno fértil para inovação frente às mudanças climáticas

A agricultura lida hoje com um conjunto de desafios que ameaçam sua produtividade, como as mudanças climáticas e a maior recorrência de eventos extremos, como chuva e calor. No Brasil, fenômenos como secas mais intensas, alterações no regime de chuvas e aumento das temperaturas já assolam as lavouras e são atribuídos pela ciência à crise climática. Este é um problema real e que demanda adaptação global.

Além disso, a derrubada de florestas e o uso extensivo da terra e fertilizantes são os principais fatores que contribuem para a emissão de gases de efeito estufa no Brasil. Assim, há muito a ser transformado na maneira como encaramos e conduzimos a agricultura, tanto em uma perspectiva de mitigação dos efeitos causados pelas mudanças no clima, como de adaptação das lavouras aos mesmos.

A inovação biotecnológica é um dos caminhos mais promissores para tornar a agricultura mais sustentável e também ajudar a adaptação das lavouras aos estresses ambientais que acarretam perda de produtividade vegetal. E é aí que chegamos às tecnologias baseadas em microbioma.

Os produtos biológicos contendo microrganismos não são novos. No Brasil, os inoculantes contendo bactérias do gênero Bradyrhizobium, que contribuem com a fixação biológica de nitrogênio (FBN) em leguminosas como a soja, são produtos altamente disseminados desde a década de 1970. Para se ter uma ideia, na safra de 2019/2020, 79% da área de soja plantada nacionalmente foi tratada (inoculada)  com produtos à base de Bradyrhizobium, de acordo com dados da Associação Nacional de Produtores e Importadores de Inoculantes (ANPII).

O que tem mudado na última década é o entendimento da ciência sobre o microbioma e o surgimento de novas e mais eficientes ferramentas para investigá-lo. A genômica, metagenômica (análise do conjunto de genomas de uma comunidade microbiana) e a ciência de dados (data science) possibilitam hoje uma compreensão mais aprofundada do funcionamento holístico dos microrganismos colonizadores de um hospedeiro, como é o caso das plantas. Essa interação resulta em uma grande diversidade de resultados positivos: da indução de tolerância à seca, passando pelo aumento de biomassa e mitigação dos eventos de inundações.

E isso tudo acontece à nossa volta, até mesmo nos ambientes mais inóspitos. Graças à seleção natural e à coevolução dos microrganismos junto aos seres mais complexos, o microbioma é parte essencial da sobrevivência de espécies de plantas nativas em ambientes estressantes, por exemplo.

Uma pesquisa conduzida ao longo de 10 anos no deserto do Atacama, no Chile – notório pela seca e intensa escassez de nutrientes no solo – mapeou o genoma de diversas bactérias que colonizam as espécies vegetais endêmicas. O estudo revelou que as bactérias encontradas estão associadas a diversas características necessárias à sobrevivência das plantas em condições estressantes, como tolerância à seca, fixação de nitrogênio e estímulo da produção de hormônios vegetais.

Diversas instituições de pesquisa e empresas – como é o caso da Symbiomics – investigam as relações planta–microbioma que ocorrem na natureza para desenvolver uma nova geração de produtos biológicos que conferem vantagens às culturas agrícolas. Essas tecnologias têm grande potencial não apenas para garantir a produtividade agrícola frente os estresses causados pelas mudanças climáticas, mas também para contribuir com soluções inovadoras – como a aplicação de microrganismos robustos e eficientes no sequestro de carbono presente na atmosfera.

Principais referências

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Cryan, J. F.; O’Riordan K. J.; Sandhu, K.; Peterson, V.; Dinan, T. G. The gut microbiome in neurological disorders. The Lancet Neurology (2019). https://doi.org/10.1016/S1474-4422(19)30356-4

Armanhi, J. S. L.;  Souza, R. S. C.; Biazotti B. B.;  Yassitepe, J. E. C. T.; Arruda, P. Modulating drought stress response of maize by a synthetic bacterial community. Frontiers in Microbiology. (2021)  https://doi.org/10.3389/fmicb.2021.747541

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Zheng, D.; Liwinski, T.; Elinav, E. Interaction between microbiota and immunity in health and disease. Cell Res. (2020). https://doi.org/10.1038/s41422-020-0332-7

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