“O método de edição do genoma não deve se opor aos métodos tradicionais de seleção. “Esta é uma ferramenta bastante nova”, enfatiza o chefe do laboratório de resistência ao estresse de plantas Instituto Russo de Pesquisa de Biotecnologia Agrícola (VNIISB) Vasily Taranov. – Era uma vez os cirurgiões que faziam operações com faca, depois apareceram bisturis e depois lasers. Opções completamente diferentes tornaram-se disponíveis para cirurgia. Então a engenharia genética oferece uma ferramenta com a qual você pode pegar e melhorar algo, mas não cancela ou substitui tudo o que foi usado anteriormente.”
O Instituto Russo de Pesquisa de Biotecnologia Agrícola (VNIISB) opera um laboratório de resistência ao estresse de plantas, cujo trabalho é realizado em duas direções principais: a busca de genes que determinam a resistência das plantas ao estresse abiótico e biótico e a edição do genoma de plantas cultivadas, a fim de aumentar sua resistência ao estresse. A área de pesquisa dos cientistas inclui batatas e vegetais ao ar livre.
Conversamos com o chefe do laboratório, Vasily Taranov, e com a pesquisadora sênior Marina Lebedeva sobre quais são as características e vantagens das tecnologias mais recentes, quais resultados elas podem alcançar e quais problemas dos produtores agrícolas russos elas são usadas pelos cientistas do laboratório para resolver.
– Hoje se fala muito na necessidade de agilizar o processo seletivo. Acredita-se que o método de edição do genoma permite que isso seja feito. Isto é verdade?
V. T.: Seria mais correto dizer que os métodos biotecnológicos ajudam não tanto a acelerar a seleção, mas a expandir as capacidades dos cientistas. O processo de trabalho de uma variedade ainda é bastante demorado, pois se trata de plantas que possuem um determinado ciclo de vida.
Mas torna-se possível aos especialistas obter resultados que seriam extremamente difíceis (se não impossíveis) de alcançar utilizando métodos de melhoramento tradicionais.
Com a ajuda da edição genômica, podemos introduzir propositalmente uma mutação que afeta diretamente uma característica específica de uma variedade, enquanto mantém inalterado o resto do complexo de características economicamente valiosas.
M.L.: Imagine que queremos introduzir um gene de resistência de uma batata selvagem na nossa variedade cultivada utilizando métodos de melhoramento tradicionais. Para isso, o criador realiza uma série de cruzamentos do “selvagem” com determinadas linhagens culturais. O problema é que junto com o gene de resistência, todos os outros genes “selvagens” são transferidos para a variedade, o que na maioria das vezes é extremamente indesejável. A engenharia genética permite que você pegue/altere apenas um gene desejado.
– Existe a opinião de que apesar de o método de edição do genoma ser conhecido há cerca de 10 anos, ainda não produziu resultados comerciais visíveis.
V. T.: Isso não é inteiramente verdade. As principais empresas de criação do mundo usam a edição do genoma e não a escondem. Mas não sabemos exatamente o que eles fazem e quais resultados obtêm.
As conquistas não são anunciadas porque é mais caro colocar no mercado uma planta que foi processada usando métodos de engenharia genética do que uma que foi obtida tradicionalmente. E às vezes isso é simplesmente impossível de fazer.
Ao mesmo tempo, é muito difícil provar que a edição do genoma foi utilizada para criar uma determinada variedade utilizando métodos existentes.
Durante o teste, os especialistas procurarão uma sequência marcadora no genoma do organismo; se estiver presente, a planta será reconhecida como geneticamente modificada. Mas com a edição genómica, nada é introduzido no genoma, por isso nada pode ser encontrado.
As alterações muitas vezes afetam não apenas um gene, mas um local específico no gene, literalmente um nucleotídeo, uma letra. E os bilhões de cartas restantes permanecem como estavam. Para determinar se uma planta foi editada, é necessário realmente ler todo o seu genoma, com uma cobertura dez vezes maior que o padrão para eliminar erros. Ninguém fará uma análise tão volumosa e caríssima, e o criador poderá sempre dizer que obteve a planta por mutagênese ou seleção tradicional.
– M.L.: A edição do genoma em geral, e especialmente a experiência de utilização destas tecnologias em plantas, é uma história bastante recente.
Até porque para alterar um recurso você precisa saber exatamente o que e como editá-lo. As características das plantas são determinadas por genes, na maioria das vezes um conjunto de genes, a partir dos quais devem ser selecionados alvos adequados para edição. Mas elucidar as funções e a regulação de genes específicos que contribuem para características de interesse requer estudos complexos e muitas vezes demorados. Quando comparados com animais e humanos, podemos dizer que não conhecemos muito bem muitos dos mecanismos moleculares das características das plantas (por exemplo, resistência, produtividade, etc.). Ao mesmo tempo, os genomas das plantas são maiores e mais complexos, o que não simplifica em nada a tarefa. Porém, muito já se sabe através da pesquisa básica em biologia vegetal, e quanto mais entendemos isso, mais aumentam nossas possibilidades de modificação.
Além disso, estamos a falar de um método que permite corrigir certas características, mas não introduzir novas variedades no mercado, cujo trabalho, apesar de alguma aceleração, ainda leva anos.
– Os biotecnologistas fazem edição de genes? Como eles determinam a direção real do trabalho (o propósito da edição)?
V. T.: O biotecnólogo deve trabalhar em conjunto com um melhorista de sucesso da cultura escolhida e, idealmente, envolver outros produtores especializados. O criador, junto com os agricultores, define a tarefa, o criador ajuda a selecionar genótipos adequados. Nós, por sua vez, consultamos bioquímicos e geneticistas, pensamos no que podemos oferecer nesta base (as características necessárias nem sempre são suficientemente estudadas do ponto de vista biológico). A gente olha o que de fato podemos fazer, realiza a nossa etapa de trabalho, devolve a linha resultante ao criador, e o criador traz o resultado para a variedade.
- A edição do genoma é uma tecnologia cara?
V. T.: O custo de obtenção de uma planta depende da cultura e se a planta resultante é editada ou transgênica.
Se falamos de equipamentos, então para uma empresa que já se dedica à obtenção de material livre de vírus e microclonagem, a compra de equipamentos e reagentes para edição de genoma custará um valor relativamente pequeno. O obstáculo para iniciar esse trabalho pode não ser o enorme investimento, mas a falta de pessoal qualificado. Existem muito poucas pessoas que podem assumir e executar uma tarefa tão especializada.
E voltando aos custos: o progresso tecnológico nesta área é muito rápido. Os métodos de edição do genoma, digamos, em 2012, quando foi descoberto o CRISPR/Cas9 (uma tecnologia para editar os genomas de organismos superiores, baseada no sistema imunitário das bactérias), e o que temos agora são muito diferentes. A eficiência operacional aumenta ano a ano e os custos diminuem.
M.L.: Isso pode ser comparado ao projeto de sequenciamento do genoma humano. O primeiro genoma humano foi sequenciado por um consórcio internacional durante 10 anos por 2.7 mil milhões de dólares, simplesmente porque tais tecnologias estavam disponíveis na década de 90. Atualmente, o sequenciamento de um genoma humano completo custa menos de US$ 1000 e leva alguns dias.
– Vamos falar do seu laboratório, ele é voltado para ciência fundamental ou pesquisa aplicada?
V. T.: Tentamos fazer as duas coisas. Inicialmente, foi dada prioridade às coisas fundamentais, mas agora estamos a tentar aplicar os nossos desenvolvimentos na prática.
Neste momento, por exemplo, estamos a estudar os mecanismos de resistência da batata ao vírus Y. É um trabalho muito fundamental, mas se for bem sucedido, o resultado será muito interessante para a selecção de variedades resistentes.
M.L.: A ciência fundamental e a aplicada estão intimamente interligadas; uma não pode existir sem a outra. Se não soubermos como o vírus interage com a planta, com quais proteínas específicas, não conseguiremos alterá-las para tornar a planta resistente.
Temos feito pesquisas sobre o vírus Y desde 2018 e agora nos aproximamos do fato de que nos próximos anos obteremos uma fórmula de resistência e, no futuro, o resultado prático necessário: a planta da batata não sintetizará proteínas virais, ela será resistente ao vírus.
– Você coopera com empresas/criadores de criação russos?
V. T.: Na batata, trabalhamos com a jovem criadora Maria Polyakova, nos comunicamos ativamente com especialistas do Sindicato da Batata e mantemos contatos com o Centro Federal de Pesquisa da Batata que leva seu nome. A.G. Lorja. Quanto ao repolho, interagimos com criadores e produtores de sementes da Universidade Agrária Estatal Russa-Academia Agrícola de Moscou. K.A. Timiryazev de Grigory e Sócrates Monachos. E no que fazemos nesta área somos totalmente guiados por eles.
– E novamente sobre vírus. Marina Valerievna, sua gama de interesses científicos inclui não apenas o vírus Y. Em 2023, você recebeu uma bolsa da Fundação Científica Russa para realizar pesquisas no projeto “Estudo de viromas de batatas cultivadas (Solanum tuberosum L.) usando métodos de sequenciamento de alto rendimento”. Por que este tópico é interessante?
M.L.: A batata, mais do que muitas outras plantas, sofre de doenças virais, uma vez que se propaga vegetativamente. Os vírus se acumulam nos tubérculos e são transmitidos às próximas gerações, de modo que a carga viral aumenta constantemente. Quando dizem que a batata está degenerando, é exatamente disso que estamos falando.
Os vírus não são sistemas inertes; eles interagem ativamente com a planta hospedeira e entre si. Há casos em que uma planta que já está doente com um vírus específico não pode ser infectada por outro. E há vírus que não conseguem infectar uma planta sozinhos; agem apenas em cooperação com outros vírus. Recentemente, foi publicado um trabalho descrevendo formas de vírus que ajudam as plantas a sobreviver à seca. Uma transição tão inesperada do parasitismo para o mutualismo.
Não existem produtos químicos eficazes para combater doenças virais nas batatas. Para melhorar sua saúde, foram desenvolvidos métodos bastante complexos e, principalmente, caros: por meio do cultivo in vitro, obtenção de microtubérculos. Mas o resultado dura apenas algumas gerações. Para encontrar outras soluções, é necessário estudar mais detalhadamente as características dos vírus, por isso o estudo é muito, muito relevante.
– GOST 33996-2016 “Batata-semente. Condições técnicas e métodos para determinar a qualidade" são listados cinco vírus (PVK - vírus da batata X; SBK - vírus da batata S; MVK - vírus da batata M; YBK - vírus da batata Y; VSLK - vírus do enrolamento da folha batata) e um viróide (PSTV – viróide do tubérculo do fuso da batata). Você vai se concentrar neles?
M.L.: Meu projeto visa usar métodos de alto rendimento para estudar os viromas (coleções de vírus) presentes nas batatas na Rússia. Isso é interessante tanto do ponto de vista de quais complexos de diferentes vírus são encontrados em uma planta, quanto do ponto de vista da prevalência desses vírus.
No total, mais de 50 vírus encontrados em batatas são conhecidos no mundo. Os listados no GOST estão entre os mais perigosos e, além disso, apresentam sinais externos claros. Assim, a necrose em mosaico é uma manifestação comum da infecção pelo vírus Y, e a presença do vírus do enrolamento das folhas pode ser determinada pela deformação característica das lâminas foliares.
Mas existem muitos vírus que não se manifestam fenotipicamente, embora também possam afetar a cultura. Raramente são descobertos, mas apenas porque não são procurados.
Como exemplo, posso citar o trabalho de colegas do Instituto de Pesquisa de Proteção Vegetal de toda a Rússia (VIZR). Em 2019, publicaram um artigo sobre a descoberta do vírus da batata P na Rússia. Anteriormente, acreditava-se que ele era distribuído exclusivamente na América do Sul.
A questão é o que descobriremos se não olharmos “sob a luz da rua”, onde há luz, mas para onde ainda não olhamos.
– Onde você conduzirá sua pesquisa?
M.L.: Pelos termos da bolsa, o projeto terá duração de dois anos. No ano passado colaboramos com uma fazenda de batata na região de Tula, coletamos material, trabalhamos com diferentes variedades e reproduções. Este ano iremos a outras regiões e veremos quais vírus são encontrados lá.
Os resultados do estudo serão resumidos em 2025 e com certeza contaremos aos produtores de batata russos sobre eles.