Pequenas fábricas verdes: como as plantas podem produzir nossos medicamentos

Imagine uma fábrica em que cada trabalhador não é humano, nem mesmo uma máquina, mas uma planta. Durante milênios, os humanos cultivaram plantas para obter alimento, fibras, ração e combustível. Mas e se, em vez de colher frutas ou grãos, pudéssemos colher medicamentos? E se cada célula pudesse ser uma pequena fábrica capaz de produzir vacinas, anticorpos ou enzimas sob demanda?  

A indústria farmacêutica depende de moléculas complexas, desde anticorpos usados ​​na imunoterapia contra o câncer até enzimas usadas na produção de alimentos. Mas produzir essas moléculas em grandes quantidades é caro e exige muitos recursos. É aí que as plantas entram. Com células que contêm o maquinário necessário para montar máquinas complexas, tudo o que é preciso é encontrar uma maneira de fazê-las produzir as biomoléculas desejadas de forma confiável, em escala industrial e sustentável. É nisso que Elena Garcia-Perez e colegas têm trabalhado no Instituto de Biologia Molecular e Celular de Plantas em Valência, Espanha.  

Como as bactérias transformam plantas em fabricantes de proteínas 

Um método inteligente que os cientistas usam para fazer as plantas produzirem proteínas específicas é chamado agroinfiltração. Plantas como Nicotiana Benthamiana, um parente do tabaco, são injetadas com uma cepa de bactéria geneticamente modificada. Essas bactérias injetam um segmento de seu próprio DNA, contendo genes (trechos de DNA que codificam uma proteína), nas células da planta. A planta, incapaz de distinguir entre o seu próprio DNA e o da bactéria, começa a produzir proteínas de acordo com as instruções do DNA bacteriano.  

Esse mecanismo ocorre na natureza, causando a galha-da-coroa em plantas. A planta produz proteínas a partir do DNA bacteriano que fazem com que as células vegetais se dividam descontroladamente, formando tumores dos quais as bactérias se alimentam. Em laboratório, os cientistas vegetais têm aproveitado esse mecanismo para seu próprio uso. Eles modificam geneticamente as bactérias e trocam os genes causadores do tumor por um gene de interesse, por exemplo, um anticorpo, e a planta o produz em seu lugar.  

Essa técnica de produção de proteínas tornou as plantas aliadas valiosas na chamada agricultura molecular, ajudando a fornecer proteínas para a medicina e a indústria. É muito mais fácil fazer com que as plantas produzam as proteínas para nós do que construí-las do zero. Mas há limitações. O DNA bacteriano não se integra ao genoma da planta, mas flutua na célula, é decomposto e, eventualmente, desaparece. Isso significa que a proteína é produzida apenas por um curto período. Além disso, a quantidade de proteína depende da quantidade de DNA bacteriano que as células vegetais absorvem, que é diferente entre as plantas. Isso leva a grandes variações na quantidade de proteína produzida de um lote para o outro, uma inconsistência que é um grande obstáculo para a produção eficiente e sustentável de proteínas e limita o uso da agroinfiltração na fabricação em larga escala.  

CuBe: uma maneira mais inteligente de cultivar proteínas

Para lidar com esses problemas, os pesquisadores recorreram a outro invasor de plantas: os vírus. Especificamente, eles exploraram o mecanismo de infecção do vírus do nanismo amarelo do feijão, um vírus com um truque inteligente de autocópia. Quando esses vírus infectam plantas e injetam seu DNA nas células vegetais, o DNA não fica apenas flutuando pela célula; ele se integra ao genoma da planta. Dessa forma, ele pode se copiar repetidamente, garantindo um suprimento constante na célula.  

Os cientistas projetaram esse sistema em algo chamado CuboO CuBe contém os elementos virais que permitem a integração do genoma e a autocópia, juntamente com o gene da proteína que eles desejam produzir. Uma vez no genoma, o sistema CuBe se autocopia, aumentando a quantidade de proteína produzida por planta e garantindo que todos os lotes sejam igualmente produtivos. Perfeito para escalonamento!  

Mas os pesquisadores queriam ir além. Eles não queriam apenas controlar a quantidade de proteína produzida, mas também quando ela era produzida. Dessa forma, em vez de as plantas se esforçarem ainda mais para produzir proteínas constantemente, elas são estimuladas a produzi-las apenas quando as condições são as melhores. Isso é o que chamamos de "sistema induzível". Eles modificaram o DNA viral para que a proteína fosse produzida apenas na presença de íons de cobre, encontrados em fertilizantes agrícolas comuns. Esses fertilizantes são de baixo custo e ecologicamente corretos, tornando o processo eficaz, mas também barato e sustentável.  

Para testar seu projeto, Garcia-Perez e colegas introduziram o sistema CuBe em Nicotiana Benthamiana com o objetivo de produzir anticorpos contra o SARS-CoV-2, o vírus responsável pela COVID-19. Cinco minutos após o tratamento com cobre, as plantas já estavam produzindo os anticorpos com sucesso. Eles ficaram particularmente satisfeitos com o sucesso do uso do cobre como gatilho para as plantas e levantaram a hipótese de que sua eficácia pode ser devido a: “a longa estabilidade e persistência dos íons metálicos de Cu nos tecidos vegetais, em contraste com outras moléculas de sinalização altamente voláteis e/ou mais propensas à degradação (orgânicas)”. 

Por isso é importante

No mundo de hoje, é vital desenvolvermos sistemas de produção de proteínas eficientes e sustentáveis: para estarmos preparados para pandemias, para fornecer acesso global a medicamentos e para atender à demanda por biomoléculas acessíveis. Vemos que muito trabalho está sendo feito para desenvolver a agricultura molecular como uma solução sustentável e escalável. Esperamos que um dia as plantas não sirvam apenas como culturas alimentares, mas também como pequenas fábricas vivas.  

LEIA O ARTIGO: 

Garcia-Perez, E., Vazquez-Vilar, M., Lozano-Duran, R., & Orzaez, D. (2025). CuBe: um sistema de expressão regulado por cobre baseado em geminivírus, adequado para ativação pós-colheita. Jornal de Biotecnologia Vegetal, 23(1), 141-155. https://doi.org/10.1111/pbi.14485  

Sobre o autor:

Olivia se formou recentemente na Universidade de Oxford com um mestrado integrado em Biologia. Em seu último ano, especializou-se em biologia celular vegetal e desenvolveu um forte interesse pelo sistema de endomembranas vegetais. Ela está animada para iniciar seu doutorado em Oxford Brookes neste outono.

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Imagem de capa: Nicotiana Benthamiana by Geoff Byrne / iNaturalista CC-BY-NC