A agricultura tem sido uma das pedras angulares da civilização humana, fornecendo alimentos essenciais para bilhões de pessoas em todo o mundo. No entanto, constantes desafios são impostos no setor, desde influências ambientais e climáticas até melhorias em produtividade e durabilidade dos alimentos.
Estimativas apontam que até 40% da produção global anual de cultivos seja perdida devido a pragas e patógenos. Tradicionalmente, os agricultores confiam em pesticidas convencionais para mitigar essas perdas [1].
No entanto, o problema crescente de resistência de pragas e as crescentes preocupações com os efeitos potencialmente prejudiciais dos pesticidas convencionais de amplo espectro destacam a necessidade de abordagens novas e ambientalmente benignas [2].
Felizmente, a ciência e a tecnologia têm se unido para enfrentar esses desafios por meio de diferentes estratégias, principalmente com o advento da biologia molecular. Nesse contexto, uma importante ferramenta biotecnológica emerge: o RNA de interferência (ou RNAi).
Contexto histórico do RNAi na agricultura
A história do RNAi remonta aos primeiros anos do século XXI, quando os cientistas descobriram um mecanismo natural que as células usam para regular a expressão gênica. Essa descoberta revolucionária rendeu o Prêmio Nobel de Fisiologia ou Medicina em 2006 aos cientistas Andrew Fire e Craig Mello. Desde então, pesquisadores têm explorado como aproveitar esse mecanismo para uma variedade de aplicações.
No contexto da agricultura, a técnica de RNAi tem desempenhado um papel significativo, desde o seu advento em 1992, quando um tomate foi geneticamente modificado por meio da tecnologia para retardar o seu amolecimento.
O RNAi opera de acordo com o dogma central da biologia molecular, onde sequências de DNA codificam instruções para a síntese de proteínas. Esse mecanismo envolve a transcrição de sequências de DNA em RNA mensageiro (mRNA) de cadeia simples, que são então traduzidas em proteínas, manifestando finalmente fenótipos específicos [3].
O RNAi intervém nesse processo, interrompendo a expressão proteica, levando a fenótipos alterados. A versatilidade do RNAi se estende por diversos organismos, incluindo plantas, fungos e animais, onde serve como mecanismo de defesa natural. Aproveitar o RNAi para supressão gênica em cultivos tem proporcionado avanços agrícolas significativos.
Exemplos incluem o já citado desenvolvimento de tomates com maior vida útil de prateleira por meio da supressão de enzimas de degradação da parede celular [4] e cultivos de oleaginosas enriquecidos em ácido oleico [5].
Um dos primeiros cases de sucesso na aplicação do RNAi na agricultura foi a criação de variedades de mamão resistentes ao vírus do mosaico do mamoeiro. No final dos anos 90, quando o vírus devastou plantações de mamão no Havaí, pesquisadores utilizaram o RNAi para desenvolver variedades resistentes, salvando assim o cultivo local [1].
Desde então, novas pesquisas demonstram o potencial do RNAi em conferir resistência contra vírus de plantas em várias culturas, como tomates, bananas e arroz [1]. Os últimos anos testemunharam um aumento na pesquisa explorando o potencial do RNAi para o controle de pragas na agricultura.
Notavelmente, a descoberta de que o RNA de dupla fita, quando administrado oralmente, pode induzir uma resposta de RNAi em certas espécies de insetos alimentou o interesse em utilizar o RNAi como bioinseticida [1]. O RNAi bioinseticida visa principalmente genes vitais essenciais para o crescimento ou desenvolvimento de insetos, oferecendo uma abordagem seletiva para o controle de pragas [6].
Aplicações semelhantes da tecnologia RNAi foram exploradas para controlar patógenos fúngicos, embora com sucesso variado. Superar as barreiras impostas pelas paredes celulares fúngicas e visar hifas fúngicas em crescimento ativo representam desafios contínuos na utilização do RNAi para o controle de patógenos fúngicos [1].
Benefícios da utilização de RNAi na agricultura
Quando comparada a outras tecnologias de edição gênica, como a CRISPR, o RNAi possui algumas vantagens interessantes. Segundo o conhecimento atual, a técnica é capaz de reduzir a expressão gênica em níveis que variam de 50% a 90%, evitando os efeitos adversos associados à deleção completa de genes.
Já com a CRISPR, quando utilizada para deleção, atua suprimindo toda a função do gene. Todo e qualquer gene possui uma função útil na vida da planta, portanto o seu nocaute completo pode gerar efeitos inesperados e indesejados. Assim, o RNAi auxilia a ajustar de forma controlada o nível de expressão gênica, mas sem suprimi-lo completamente.
Perspectivas futuras
A cada avanço conquistado, maior é o interesse pelo uso da tecnologia de RNAi na agricultura e, consequentemente, maior a aceitação e familiarização da população e sociedade.
A expansão de produtos que utilizam dessa tecnologia é evidente. Atualmente, o RNAi já é utilizado para diminuir os níveis de cafeína em plantas de café. Este avanço permite a produção de café com teores reduzidos de cafeína sem a necessidade de processos químicos agressivos [1].
Outro campo em que a tecnologia RNAi está se destacando e já está presente nos mercados é no controle das lagartas do milho. Ao invés de inserir características geneticamente modificadas nas plantas, os pesquisadores estão explorando a aplicação de sprays para controlar pragas específicas, interferindo no crescimento e desenvolvimento desses insetos [1].
Além da expansão em termos de aplicabilidades, maior tem sido o conhecimento acerca da segurança do RNAi na agricultura. Assim, agências reguladoras possuem um arsenal maior de informações para agilizar a aprovação desse tipo de estratégia. Nesse sentido, esforços adicionais de pesquisa e desenvolvimento são necessários para desbloquear todo o potencial das estratégias baseadas em RNAi na proteção da segurança alimentar global [1].
Em resumo, o RNAi aplicado à agricultura é uma ferramenta promissora para auxiliar na manutenção da produtividade agrícola, ao reduzir os custos de cultivo e garantir a segurança tanto para os seres humanos quanto para o meio ambiente, diminuindo a dependência de produtos químicos prejudiciais.
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Referências:
[1] Council for Agricultural Science and Technology (CAST). 2024. RNA Interference in Agriculture:Methods, Applications, and Governance. Issue Paper 72. CAST, Ames, Iowa. Disponível em: https://www.cast-science.org/publication/rna-interference-in-agriculture-methods-applications-and-governance/
[2] Hawkins NJ, Bass C, Dixon A, Neve P. The evolutionary origins of pesticide resistance. Biol Rev Camb Philos Soc. 2019 Feb;94(1):135-155. doi: 10.1111/brv.12440
[3] Crick F. Central dogma of molecular biology. Nature. 1970 Aug 8;227(5258):561-3. doi: 10.1038/227561a0
[4] Kramer MG, Redenbaugh K. Commercialization of a tomato with an antisense polygalacturonase gene: the FLAVR SAVR tomato story. Euphytica: Netherlands Journal of Plant Breeding. 1994 ;79(3):293-297. doi: 10.1007/bf00022530
[5] Shi J, Lang C, Wu X, Liu R, Zheng T, Zhang D, Chen J, Wu G. RNAi knockdown of fatty acid elongase1 alters fatty acid composition in Brassica napus. Biochem Biophys Res Commun. 2015 Oct 23;466(3):518-22. doi: 10.1016/j.bbrc.2015.09.062
[6] Kola VS, Renuka P, Madhav MS, Mangrauthia SK. Key enzymes and proteins of crop insects as candidate for RNAi based gene silencing. Front Physiol. 2015 Apr 22;6:119. doi: 10.3389/fphys.2015.00119
