Cientistas fazem bioengenharia de plantas para terem um sistema imunológico semelhante ao animal
A tecnologia pode produzir 'genes de resistência feitos sob encomenda' para proteger as plantações contra patógenos e pragas.
- As plantas carecem de um sistema imunológico adaptativo – um sistema poderoso capaz de detectar praticamente qualquer molécula estranha – e, em vez disso, dependem de um sistema imunológico mais geral.
- Infelizmente, os patógenos podem desenvolver rapidamente novas maneiras de evitar a detecção, resultando em perdas colossais de colheitas.
- Usando uma planta de arroz como modelo, os cientistas criaram uma molécula híbrida – fundindo componentes do sistema imunológico adaptativo de um animal com os do sistema imunológico inato de uma planta – que o protege de um patógeno.
A evolução está em um ciclo perpétuo de produção de novos patógenos. Felizmente para nós, humanos e muitos outros animais, temos um sistema imunológico muito avançado – conhecido como adaptativo sistema imunológico – que permite que nossos corpos atinjam patógenos com muita precisão usando anticorpos e toda uma série de outras armas, como células T. Quando somos vacinados contra um organismo causador de doenças, como sarampo ou COVID, estamos preparando esse sistema imunológico adaptativo para futuros encontros com o patógeno.
As plantas carecem disso. Embora tenham um sistema imunológico mais geral - conhecido como inato imunidade - não é tão preciso ou poderoso quanto a imunidade adaptativa. Embora esse sistema imunológico inato tenha resistido ao teste do tempo, ele deixa as plantas, incluindo importantes culturas alimentares, vulneráveis a novas cepas de patógenos.
E se fosse possível fazer bioengenharia de plantas para ter um sistema imunológico adaptativo? Foi exatamente isso que Jiorgos Kourelis e seus colegas fizeram, e seus resultados foram relatado no diário Ciência . Seu método pode fornecer um caminho para o objetivo há muito buscado de modificar com rapidez e precisão espécies de culturas suscetíveis para dar-lhes resistência a patógenos e pragas emergentes.
Uma dança evolutiva
A imunidade vegetal pode ser dividido em imunidade de superfície celular e imunidade intracelular . Revestindo a superfície das células vegetais, os receptores imunológicos monitoram padrões moleculares associados a patógenos antigos (PAMP). Estes são marcadores não específicos que simplesmente indicam a presença de uma ameaça microbiana. Uma analogia aproximada é uma câmera de segurança. Os receptores imunológicos agem como câmeras de segurança, disparando um alarme quando reconhecem algo suspeito, digamos, uma pessoa com uma máscara (esse é o padrão molecular associado ao patógeno nesta analogia) tentando invadir a casa. Mas a câmera não é precisa o suficiente para determinar quem é.
Quando esses receptores ligados à superfície são acionados, eles iniciam uma cascata de medidas protetoras que matam o patógeno. Para evitar isso, os patógenos evoluíram para liberar um arsenal de agentes de sabotagem imunológica chamados efetores , que são injetados em células vegetais para interromper as funções celulares. Em resposta, as plantas desenvolveram sua própria estratégia para neutralizar os efetores. Eles usam um repertório de receptores imunológicos intracelulares chamados NLRs (receptores imunológicos repetidos ricos em leucina e de ligação a nucleotídeos) que reconhecem e neutralizam efetores de patógenos.
Por milhões de anos, plantas e patógenos se envolveram em uma dança evolutiva sem fim, com plantas desenvolvendo NLRs que podem detectar e desarmar efetores de patógenos, e patógenos desenvolvendo efetores que são indetectáveis por NLRs de plantas.
No entanto, quando essa dança evolutiva afeta uma cultura alimentar básica, pode representar uma séria ameaça para milhões de pessoas. Por exemplo, um único patógeno fúngico, Magnaporthe oryzae , é responsável por 30% da perda da produção de arroz globalmente, destruindo alimentos que poderiam alimentar 60 milhões de pessoas. É por isso que cientistas como Kourelis querem encontrar maneiras de ajudar as plantações.
Um sistema imunológico híbrido planta-animal
A parte da proteína NLR que reconhece moléculas patogênicas suspeitas é chamada de domínio integrado (ID). Cientistas identificaram um algumas centenas de IDs únicos em plantas de arroz , sugerindo que as plantas podem detectar algumas centenas de efetores diferentes. Isso pode parecer muito, mas lembre-se de que as plantas possuem um sistema imunológico genérico capaz de reconhecer apenas padrões gerais. Os anticorpos produzidos por humanos, por outro lado, têm a potencial para reconhecer um quintilhão (um milhão de trilhões) padrões moleculares diferentes e altamente precisos.
Dado que o sistema imunológico adaptativo animal pode gerar anticorpos contra praticamente qualquer proteína estranha à qual é exposto, Kourelis e sua equipe se perguntaram se poderiam aproveitar o poder dos anticorpos para ajudar as plantas a lutar contra patógenos. Em um estudo de prova de princípio, Kourelis modificou uma proteína chamada Pik-1, um dos NLRs produzidos por uma planta de arroz. A equipe substituiu a região ID do Pik-1 por um fragmento de anticorpo que se liga a proteínas fluorescentes. Em seguida, eles expuseram plantas de bioengenharia e de controle (inalteradas) a um patógeno (Potato virus X) que foi geneticamente modificado para expressar proteínas fluorescentes. As plantas da bioengenharia mostraram significativamente menos fluorescência, sugerindo que as moléculas híbridas de anticorpos NLR produzidas pelas plantas bloquearam com sucesso a replicação do vírus.
Os autores sugerem que essa tecnologia pode produzir “genes de resistência feitos sob encomenda” para proteger as plantações contra patógenos e pragas. Isso seria um desenvolvimento bem-vindo para os agricultores do mundo e as pessoas que eles alimentam.
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