A bioprospecção microbiana tem sido colocada em prática para aumentar o conhecimento da ciência sobre a biodiversidade de microrganismos na natureza e também como insumo para desenvolvimento de novas biotecnologias. Em resumo, a bioprospecção microbiana consiste em buscar, cultivar, armazenar e conhecer mais a fundo os microrganismos presentes nos diferentes biomas com o objetivo de descobrir seu papel e potencial biotecnológico.

Quem explica esse processo é Mariana Ramos Leandro, Lead Research Scientist da Symbiomics e bióloga molecular com experiência em isolamento de microrganismos promotores de crescimento e de tolerância a estresses ambientais em plantas.

“Hoje sabemos que a biodiversidade microbiana é riquíssima, principalmente nos biomas brasileiros. Vamos até esses diferentes ambientes e coletamos os microrganismos associados, por exemplo, aos solos”, ela explica. A depender dos objetivos da bioprospecção, os pesquisadores podem olhar para solos, animais ou, no caso do desenvolvimento de biotecnologia agrícola, para o microbioma das plantas. As amostras são coletadas e levadas ao laboratório para que os microrganismos sejam cultivados, isolados, identificados e então armazenados em coleções microbiológicas ou biobancos.

A bioprospecção também pode ser realizada in silico, ou seja, pela análise computacional de sequências genômicas. Através dessas análises, pesquisadores buscam associar trechos do DNA microbiano a funções específicas, com o objetivo de fomentar o desenvolvimento de ferramentas e produtos biotecnológicos. “Isso só é possível devido à grande quantidade de dados que tem sido gerada a partir do sequenciamento de metagenomas e genomas completos de microrganismos e sua análise a partir da bioinformática”, completa Mariana

A prospecção in silico se mostra como uma estratégia complementar para investigação desses microrganismos devido aos desafios associados ao cultivo de microrganismos selvagens em laboratórios. A maioria demanda ajustes específicos em parâmetros físico-químicos e nutricionais para crescimento, o que demonstra a complexidade envolvida em estudos microbianos dependentes de cultivo.

Bioprospecção e isolamento de microrganismos cultiváveis e não cultiváveis

Como resultado do processo evolutivo,  os microrganismos apresentam interdependências muito específicas entre as condições de sobrevivência junto a plantas e animais. Condições essas que são desafiadoras e difíceis de serem emuladas em ambientes controlados de laboratório, como uma placa de cultivo.

O cultivo de microrganismos é importante pois permite estudos mais aprofundados em laboratório. Além disso, o sucesso na etapa de cultivo também indica que tais microrganismos podem prosperar em condições controladas, demonstrando a possibilidade de composição de produtos biotecnológicos e de seu escalonamento para este fim.

“Os diferentes meios de cultivo, de certa forma, buscam mimetizar o ambiente em que os microrganismos vivem. Assim, conseguimos acessar a maior diversidade microbiana possível. É importante ressaltar, entretanto, que a maior parte dos microrganismos que se encontram em associação com as plantas, por exemplo, são dificilmente cultiváveis. É muito desafiador mimetizar exatamente o que acontece na natureza”, ressalta Mariana.

O processo de bioprospecção depende também de informações genéticas fornecidas pelo metagenoma. Quando o DNA de toda a comunidade microbiana é analisado, é possível observar uma disparidade significativa entre os microrganismos identificados através do metagenoma e aqueles que se desenvolvem em placas de cultivo no laboratório. A bioinformática permeia todo esse processo, e no caso dos microrganismos não cultiváveis, é ainda mais essencial preencher a lacuna deixada pela impossibilidade do cultivo em laboratório.

O desafio enfrentado hoje está em cultivar uma diversidade cada vez maior de microrganismos. “Esse processo de definir as formulações dos meios de cultivo é extremamente importante e é o que determina a dimensão da diversidade e da riqueza de microrganismos que conseguimos acessar”, explica Mariana.

O potencial biotecnológico da biodiversidade

Sobreviver na natureza é estressante. Os desafios variam conforme as condições e biomas e podem incluir seca, calor, escassez de nutrientes, alagamentos, alta salinidade, entre outros fatores. Mas as plantas que compõem a biodiversidade encontraram, ao longo de sua evolução, maneiras de tolerar esses estresses.

“Como os estudos vêm demonstrando, essas plantas nunca estão sozinhas. Existe um alto potencial do microbioma no auxílio à sobrevivência vegetal nesses ambientes”, coloca Mariana. Comunidades microbianas associadas às espécies vegetais cumprem papéis fundamentais em sua sobrevivência.

“De maneira geral, os solos brasileiros sofrem com intemperismo, possuem pH baixo e tendência à precipitação de minerais. Olhar para os ecossistemas brasileiros como janelas de oportunidades é o caminho para desenvolvermos tecnologias que auxiliem a agricultura a enfrentar seus desafios”, explica Mariana.

Biomas como a Amazônia – floresta tropical altamente densa e desenvolvida –, por exemplo, escondem em sua biodiversidade uma infinidade de genes, moléculas, mecanismos e processos bioquímicos de grande importância para o desenvolvimento vegetal. Características essas que inspiram o desenvolvimento de tecnologias capazes de transferir tais vantagens para plantas agricultáveis.

Aplicações na agricultura

Mas que tipo de tecnologia a bioprospecção microbiana pode gerar na prática? No caso da agricultura, produtos biológicos que auxiliem a disponibilização de nutrientes – os biofertilizantes – são apontados como uma promissora alternativa ao uso de fertilizantes químicos, insumo altamente difundido na agricultura mas cada vez mais custosos e de uso prejudicial ao meio ambiente, quando em excesso.

Alguns produtos baseados em microrganismos já são bastante difundidos na agricultura brasileira. Um dos maiores casos de sucesso são os inoculantes à base de Bradyrhizobium sp. para fixação biológica de nitrogênio (FBN), utilizados em mais de 80% da área plantada de soja no país. No entanto, apesar da alta taxa de adoção para esse tipo de biofertilizante no Brasil, a diversidade dos microbiomas e de suas funções junto a plantas ainda permanece pouco explorada no aspecto biotecnológico.

Os solos agricultáveis brasileiros têm alta deficiência de fósforo, nutriente essencial para geração de ATP, principal fonte de energia da planta e necessária aos mais diversos aspectos do crescimento vegetal. “O fertilizante fosfatado é muito utilizado na agricultura. Mas quando esse mineral entra em contato com a maioria dos solos brasileiros, grande parte é rapidamente precipitado devido a aspectos físico-químicos particulares, como o pH ácido. Isso causa a indisponibilidade do fósforo para a planta e seu acúmulo no solo e na água”, explica Mariana.

Assim, é preciso que os agricultores apliquem grande quantidade de fertilizantes fosfatados, da qual apenas uma pequena parcela é de fato utilizada pelas plantas. Essas práticas causam o acúmulo de nutrientes na natureza, o que vem se tornando um relevante problema.

“Ainda hoje é muito restrita a utilização de microrganismos. São poucas as espécies microbianas utilizadas na agricultura. Nisso há um grande potencial, que é o descobrimento de novos microrganismos que ainda não são utilizados para fins como disponibilização de nutrientes, mitigação de estresses ambientais e até mesmo como biodefensivos”, finaliza.

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Essa expectativa vem na esteira de soluções ambientais, para a saúde humana e agricultura que estão em aplicação ou sendo desenvolvidas. As inovações em microbioma vêm se tornando uma grande aposta da ciência e da indústria para o futuro, na busca por tecnologias que sejam mais sustentáveis, no caso da agricultura e meio ambiente, e precisas, no caso da medicina. 

Os microbiomas são essenciais para a saúde global, do ambiente e humana. Mas essa importância só vem sendo melhor compreendida pela ciência através de novas ferramentas e conhecimentos, como a genômica, a ciência de dados e o entendimento sobre o papel das comunidades microbianas junto aos macrorganismos.

E é a partir desse conhecimento que novas tecnologias estão sendo desenvolvidas. Reunimos três potenciais inovações envolvendo tecnologias baseadas em microbioma que estão sendo desenvolvidas atualmente. Confira:

1. Monitoramento e sanitização contra patógenos

A pandemia de COVID-19, causada pelo vírus SARS-CoV-2, evidenciou a necessidade de tecnologias que possibilitem o monitoramento dos microrganismos presentes na natureza que tenham potencial para se tornarem patogênicos contra seres humanos, processo conhecido como spillover. É provável que o coronavírus que causou a pandemia da COVID-19 tenha “pulado” de morcegos para seres humanos. Esse processo também já resultou em outras doenças infecciosas, como é o caso da raiva e diversos tipos de gripe (influenza).

Pensando nisso, pesquisadores estão cada vez mais focados em melhorar o monitoramento do microbioma de animais, buscando mapear e acompanhar vírus e outros microrganismos patogênicos com algum potencial de infectar humanos. Um exemplo foi ilustrado por uma pesquisa, publicada em abril de 2022, que buscou identificar quais serão as áreas de concentração de 35 espécies de morcegos hospedeiros de vírus semelhantes ao SARS-CoV-2. Com o estudo foi possível projetar que, no futuro, será importante monitorar países como China, Laos, Vietnã e Tailândia, considerando a concentração de espécies de morcegos hospedeiras de coronavírus semelhantes ao SARS-CoV-2.

Esse tipo de iniciativa deve se tornar uma importante ferramenta epidemiológica para monitorar microrganismos com potencial de spillover. Com o avanço de campos como a metagenômica, será possível identificar patógenos de forma cada vez mais eficiente, associando a informação genética contida no microbioma de animais com sua capacidade de causar doenças.

Ambientes hospitalares

Ao mesmo tempo, outras iniciativas focam na avaliação do microbioma de ambientes mais específicos, como os ambientes hospitalares. O aumento da resistência de bactérias a antibióticos é um grande problema para o setor da saúde. Essa resistência é causada principalmente pelo uso indiscriminado dos antibióticos, o que acaba selecionando cepas mais resistentes de bactérias causadoras de doenças. Mais de 1 milhão de pessoas morrem por ano devido à resistência bacteriana a antibióticos.

Para contribuir com alternativas para esse problema, sistemas baseados em microbiomas para monitoramento e sanitização de ambientes hospitalares vêm sendo testados. O princípio é o seguinte: um microbioma desequilibrado, em que a presença dos diferentes microrganismos está desregulada, é propício para o surgimento de microrganismos resistentes que causem infecções. Quando se conhece esse desequilíbrio a nível mais específico, é possível saber em quais locais há maiores chances de proliferação desses patógenos. Além disso, produtos de sanitização contendo probióticos já estão sendo desenvolvidos para modular tais microbiomas, dificultando o surgimento de patógenos nesses ambientes.

2. Alternativas para lidar com o lixo

A vida moderna e o desenvolvimento da civilização humana trouxeram consigo um grande problema enfrentado hoje: o acúmulo de lixo e resíduos sólidos. Alguns desses resíduos, como é o caso do plástico, podem demorar mais de 400 anos para se decompor. Outros materiais, como o alumínio, podem demorar até 500 anos. Soma-se a essa dificuldade o fato de a humanidade produzir, em média, 2 bilhões de toneladas de lixo por ano. Só no Brasil, são 80 milhões de toneladas de resíduos descartados anualmente.

No caso dos eletrônicos, o descarte vem crescendo nas últimas décadas, tendo atingido globalmente mais de 53 milhões de toneladas em 2019. Há diversos metais e elementos de difícil decomposição nesse tipo de resíduo. A reciclagem de eletrônicos costuma ser feita através de métodos que permitam a extração de metais para composição de outros produtos. Para isso, o lixo eletrônico é aquecido a mais de 1.000ºC ou ácidos são utilizados para sua degradação. Em ambos os casos, há a geração de subprodutos prejudiciais ao meio ambiente.

E é por isso que cientistas estão interessados em bactérias que têm a capacidade de produzir químicos eficientes para quebra de metais como cobre e ouro. Esse tipo de processo é denominado “biolixiviação” e já está presente nas atividades de mineração, em que microrganismos são utilizados para extrair metais de minérios brutos. Essas tecnologias vêm sendo desenvolvidas nos últimos anos e no futuro podem se traduzir em novas opções para reciclagem do lixo eletrônico de forma mais sustentável, já que não geram subprodutos como os métodos tradicionais de extração.

Com relação aos plásticos, pesquisadores também buscam alternativas a partir de enzimas presentes em microrganismos que degradam os polímeros que compõem o material, facilitando sua reciclagem e aumentando a sustentabilidade do processo. O problema, entretanto, é que existem diferentes tipos de plásticos e, para isso, são necessárias diferentes enzimas com a capacidade de quebrar as cadeias de polímeros. Caso essas inovações se concretizem, também será possível reciclar materiais que não podem ser reciclados pelos processos mecânicos, como é o caso das roupas de material sintético.

3. Nova geração de produtos biológicos para a agricultura

Os produtos biológicos – ou bioinsumos – contendo microrganismos não são uma invenção nova. O Brasil, por exemplo, já utiliza bactérias do gênero Bradyrhizobium na cultura da soja desde a década de 1970, com o objetivo de favorecer a fixação biológica de nitrogênio (FBN). Hoje, 79% das plantações brasileiras de soja são tratadas com tais bactérias noduladoras, de acordo com a Associação Nacional dos Produtores e Importadores de Inoculantes (ANPII). Mas o avanço do conhecimento científico sobre os microbiomas, sua diversidade e funções junto às plantas demonstra que ainda existe potencial para uma nova geração de produtos biológicos, mais eficiente e que confira vantagens mais complexas a cultivares.

Estudos recentes utilizando técnicas avançadas de sequenciamento genético e computação têm demonstrado que o microbioma tem impacto direto na produtividade vegetal. Bactérias e fungos, por exemplo, são responsáveis por fornecer nutrientes para as plantas (como nitrogênio, fósforo e metais) e auxiliar na obtenção de água. Alguns microrganismos são capazes de produzir substâncias que aumentam a tolerância das plantas frente a condições estressantes como seca, garantindo a manutenção da produtividade mesmo em condições desfavoráveis. 

Quando consideramos questões como as mudanças climáticas, os microbiomas escondem um enorme potencial ao oferecer soluções que já existem na natureza para tornar as culturas mais tolerantes a estresses ambientais como seca, calor, entre outros. Para desvendar esse tesouro genético, a ciência está buscando nos biomas naturais microrganismos desconhecidos, seus genes e moléculas que possam ser a base de novos produtos biológicos no futuro.

Há ainda os microrganismos que produzem moléculas que auxiliam na defesa contra patógenos e pragas, podendo ser utilizados em substituição aos químicos comumente aplicados na lavoura. Nesse sentido, tecnologias baseadas em microbioma podem ser usadas para diminuir o uso de fertilizantes e defensivos. Considerando a toxicidade no excesso de uso de agroquímicos para a saúde ambiental e humana, esse talvez seja um dos grandes potenciais de produtos biológicos para promover a sustentabilidade na agricultura.

Principais referências

Caselli, E.; Brusaferro, S.; Coccagna, M.; Arnoldo, L.; Berloco, F.; Antonioli, P.; Tarricone, R.; Pelissero, G.; Nola, S.; La Fauci, V.; Conte, A.; Tognon, L.; Villone, G.; Trua, N.; Mazzacane, S. Reducing healthcare-associated infections incidence by a probiotic-based sanitation system: A multicentre, prospective, intervention study. PLoS One. (2018). https://doi.org/10.1371/journal.pone.0199616

D’Accolti, M.; Soffritti, I.; Mazzacane, S.; Caselli, E. Fighting AMR in the healthcare environment: Microbiome-based sanitation approaches and monitoring tools. Int. J. Mol. Sci. (2019). https://doi.org/10.3390/ijms20071535

Muylaert, R. L.; Kingston T.; Luo, J.; Vancine, M. H.; Galli, N.; Carlson, C. J., John, S.; Rulli, M. C.; Hayman D. T. S. Present and future distribution of bat hosts of sarbecoviruses: Implications for conservation and public health. Proc. R. Soc. B. (2022). http://doi.org/10.1098/rspb.2022.0397

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No caso do microbioma, vem crescendo a visão sobre seu caráter sistêmico, em que microrganismos estão integrados entre si e a hospedeiros e ambientes, em um emaranhado genético resultante da coevolução e dependência para sobrevivência. Essa perspectiva também tem impulsionado o desenvolvimento de produtos biológicos que consideram a complexidade dos microbiomas e seu potencial para originar novas e inovadoras tecnologias para a agricultura e medicina.

Para entender melhor sobre as transformações pelas quais a Microbiologia tem passado nos últimos anos, Crhisllane Vasconcelos, Lead Data Scientist da Symbiomics, respondeu a algumas perguntas sobre como a genômica, a bioinformática e a análise de dados estão transformando o que entendemos sobre os microrganismos e suas aplicações biotecnológicas.

A visão sobre a microbiologia mudou muito nos últimos anos. O que a genômica tem a ver com isso?

Os pioneiros da microbiologia utilizavam fontes de nutrientes sólidas para isolar e identificar os microrganismos. Essa é uma frase bonita para dizer que tudo começou com cultivo de bactérias em fatias de batatas ou gelatinas, o que permite visualizar e contar colônias desses organismos. Essas técnicas de isolamento foram aprimoradas e são utilizadas até hoje na microbiologia. Por quase 300 anos, o estudo dos microrganismos foi realizado através de características morfológicas e da seleção de alguns perfis bioquímicos, algo que só mudou com o surgimento dos estudos genômicos. 

Nos últimos 20 anos, a utilização de técnicas genômicas levou à identificação de uma diversidade microbiana até então desconhecida, e os avanços dessas técnicas têm permitido, ainda, mapear variações metabólicas entre cepas bacterianas. Isso é, hoje temos não só o genoma completo de uma ampla diversidade de microrganismos, como também podemos correlacionar mudanças na expressão dos genes a ambientes diferentes.

Quais novas aplicações biotecnológicas já existem a partir dessas mudanças?

As aplicações são múltiplas e em diversas áreas. A utilização das tecnologias genômicas nos laboratórios de microbiologia médica, por exemplo, permite a detecção de microrganismos não cultiváveis, o rastreamento de mutações em genomas de microorganismos resistentes a antibióticos, além do rápido monitoramento de linhagens virais e suas mutações durante períodos de pandemia, algo que temos vivenciado nos últimos anos.

Indo além dos laboratórios médicos, o impacto da genômica na microbiologia é tão amplo que permite desde a identificação de genes presentes em comunidades microbianas associadas a plantas – para a busca de microrganismos que auxiliam as plantas na tolerância ao estresse hídrico, por exemplo – até a avaliação do impacto de fatores espaciais – como gravidade, radiação, perturbação circadiana e pressão atmosférica – em plantas e microrganismos submetidos a voos espaciais.  

Dizem que o avanço da ciência da computação é exponencial. Agora que biologia e ciência de dados estão se desenvolvendo juntas, dá para prever o que vem por aí?

Em 2000 foi publicado um artigo na revista Science sobre o futuro da bioinformática, e nele é possível ler a seguinte frase: “Qualquer um que faça qualquer biologia molecular certamente precisará fazer bioinformática”. E é basicamente isso que vivemos hoje, 22 anos depois. Atualmente, para se trabalhar com biologia molecular, é necessário um mínimo de conhecimento em bioinformática e ciência de dados.

Para o futuro vejo algo análogo a isso, integrando as ferramentas de aprendizagem de máquina, algo que no artigo de 2000 não era nem pensado. Qualquer um que venha a trabalhar com biologia molecular deverá ter um mínimo de conhecimento sobre inteligência artificial. Isso porque provavelmente teremos abordagens similares ao AlphaFold, por exemplo, o programa de inteligência artificial desenvolvido pela Google, para previsões da estrutura de proteínas, direcionadas para diversas áreas, incluindo as áreas clínicas. Ou seja, daqui em diante, serão cada vez mais comuns ferramentas que se utilizam da inteligência artificial, sendo capazes de mudar e impactar determinados setores, como o AlphaFold impactou a predição de estrutura de proteínas.

As universidades e instituições de pesquisa brasileiras estão acompanhando essas mudanças?

Para se ter uma ideia, o Brasil ficou entre os 30 países de maior impacto e qualidade nas publicações de bioinformática, ocupando a 26ª posição, em um levantamento realizado em 2020. Esse estudo considerou a relevância de trabalhos científicos na área com base no número de publicações e também de suas citações. Não é uma boa colocação, mas não é das piores. 

Metagenômica e transcriptômica são o que há de mais avançado em ciência envolvendo estudos em microbioma? Quais novas ferramentas e conhecimentos estão emergindo e o que possibilitam?

O termo metagenoma foi utilizado pela primeira vez em 1998 referindo-se ao conjunto de genomas de bactérias e fungos em amostras ambientais. O estudo dos metagenomas permite descrever apenas a presença de microorganismos e de seus genes, faltando o acesso a uma informação crucial, sobre a expressão de seus genes. Assim, para extrair insights mais profundos sobre o comportamento de uma determinada comunidade microbiana – frente a variações ambientais, por exemplo – é necessário utilizar a metatranscriptômica, que se refere ao estudo do conjunto dos transcritos expressos por essa comunidade.

No entanto, o que temos de ainda mais avançado hoje é a união das áreas “ômicas”. Isso envolve, por exemplo: a integração da metagenômica com dados genéticos dos microrganismos em um determinado ambiente, da metatranscriptômica com dados de expressão de transcritos em uma comunidade microbiana a nível de RNA, a metaproteômica caracterizando essa expressão gênica a nível de proteína, e a metabolômica identificando o resultado dos processos metabólicos. A ligação de todas essas áreas permitirá uma compreensão maior acerca do real comportamento de uma comunidade microbiana em um ambiente.

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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

Berg, G.; Rybakova, D.; Fischer, D. Microbiome definition re-visited: old concepts and new challenges. Microbiome (2020). https://doi.org/10.1186/s40168-020-00875-0

Eshel, G.; Araus, V.; Undurraga, S.; Soto, D. C.; Moraga, C.; Montecinos, A.; et al. . Plant ecological genomics at the limits of life in the Atacama Desert. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. (2021). https://doi.org/10.1073/pnas.2101177118

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

Muscogiuri, G.; Cantone, E.; Cassarano, S. Gut microbiota: a new path to treat obesity. Int J Obes Supp (2019). https://doi.org/10.1038/s41367-019-0011-7

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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