Bactérias inteligentes podem transformar a produção agrícola mundial de alimentos
Esta tecnologia poderá libertar todo o potencial de rendimento das culturas, reduzindo simultaneamente a dependência de fertilizantes e pesticidas
Prevendo-se que a população mundial atinja os 10 mil milhões de pessoas até 2050 e que o rendimento das culturas diminua anualmente, uma equipa de académicos da Universidade de Northumbria está a desenvolver uma nova e revolucionária abordagem à segurança alimentar.
Da esquerda para a direita: Dra. Angela Sherry, Dra. Emma Riley e Dr. Ciaran Kelly, da Universidade de Northumbria
Barry Pells / Northumbria University
A equipa foi selecionada pela Agência de Investigação Avançada e Invenção (ARIA) como um dos 14 criadores de I&D que receberão financiamento inicial no âmbito do seu ambicioso espaço de oportunidades Plantas Programáveis.
A equipa interdisciplinar vai receber quase meio milhão de libras para financiar o desenvolvimento de uma "bactéria inteligente" que pode reprogramar dinamicamente a forma como as culturas respondem às pressões ambientais em tempo real.
O projeto de 18 meses, intitulado "Smart Engineered Bacterial Conduits for Enhanced Crop Performance", é liderado pelo Dr. Ciarán Kelly, Professor Assistente em Biologia Sintética, e pela Dra. Emma Riley, Assistente de Investigação Sénior em Biociências, juntamente com a Dra. Angela Sherry, Professora Associada em Ambientes Microbianos, em colaboração com académicos da Universidade de Oxford e da Universidade de Leeds.
O projeto aborda um desafio fundamental na agricultura moderna - as culturas respondem frequentemente de forma demasiado cautelosa a condições de stress moderado, como a seca moderada e os baixos níveis de nitratos no solo antes da aplicação de fertilizantes, o que tem um impacto grave no seu crescimento.
"As plantas evoluíram para dar prioridade à sobrevivência em detrimento da produção", explica o Dr. Kelly. "Mas este mecanismo natural de sobrevivência é muitas vezes contraproducente para a produção de alimentos. Mesmo o stress moderado faz com que as plantas interrompam o crescimento e passem para o modo de defesa, o que constitui uma enorme limitação no cultivo de culturas para consumo humano".
A solução inovadora da equipa de Northumbria envolve a engenharia de condutas bacterianas que actuam como intermediários inteligentes entre as plantas e o seu ambiente.
Estas bactérias inteligentes detectam os sinais ambientais e os sinais de stress das plantas, intervindo depois para reequilibrar as hormonas vegetais em tempo real, permitindo que as culturas mantenham o crescimento em condições de stress moderado.
Esta tecnologia poderá libertar todo o potencial de rendimento das culturas, reduzindo simultaneamente a dependência de fertilizantes e pesticidas.
"As nossas condutas bacterianas modificadas estarão em constante feedback com a cultura, recolhendo sinais da planta e do ambiente externo e reprogramando o comportamento da planta através da regulação de rácios chave de hormonas vegetais", explica o Dr. Kelly. "Estamos a introduzir, pela primeira vez, um controlo rápido e dinâmico do comportamento da cultura no campo, reprogramando a planta em tempo real para responder rápida e adequadamente ao stress".
A Dra. Emma Riley, que traz conhecimentos especializados em interações planta-bactéria da sua investigação de doutoramento, afirmou: "Estamos a basear-nos em décadas de investigação sobre bactérias promotoras do crescimento das plantas que já são utilizadas com segurança na agricultura. A nossa inovação consiste em acrescentar inteligência programável a estes sistemas robustos, permitindo uma intervenção dinâmica com base nas condições de stress em tempo real".
O Dr. Kelly salienta as implicações mais alargadas: "Não estamos apenas a ajustar os sistemas existentes - estamos a reimaginar completamente a forma como abordamos o desenvolvimento das culturas. Em vez do tradicional processo de modificação genética das plantas em laboratório, que dura meses, estamos a utilizar bactérias inteligentes para transformar o comportamento das plantas no próprio campo. Ser selecionado pela ARIA como um dos seus Criadores de I&D realça o potencial impacto global desta investigação e estamos muito satisfeitos por ter sido reconhecido e apoiado pela ARIA".
A ARIA é a mais recente agência de financiamento da investigação do Reino Unido, patrocinada pelo Ministério da Ciência, Inovação e Tecnologia, e financia equipas de cientistas e engenheiros para que desenvolvam investigação no limite do que é científica e tecnologicamente possível.
O espaço de oportunidade Plantas Programáveis da ARIA, liderado pela Diretora do Programa, Angie Burnett, reconhece que as plantas representam 80% da biomassa da Terra e estão rápida, económica e amplamente distribuídas pelo nosso planeta. Este facto faz das plantas uma plataforma tecnológica ideal para fornecer recursos sustentáveis e de baixo custo à escala.
Os espaços de oportunidade da ARIA abrangem todas as disciplinas, sectores e instituições, reunindo cientistas e engenheiros com diversas áreas de especialização para quebrar silos e descobrir novos caminhos.
O facto de ter sido selecionado como um dos apenas 14 criadores de I&D de um campo altamente competitivo demonstra o potencial excecional da abordagem da Northumbria e os conhecimentos especializados da equipa em biologia sintética, microbiologia e ciências das plantas.
O seu projeto de semente, com a duração de 18 meses, estabelecerá uma prova de conceito para as condutas bacterianas artificiais, com a possibilidade de financiamento posterior para desenvolver aplicações mais sofisticadas.
A equipa de Northumbria prevê que a tecnologia possa estar pronta no terreno dentro de 10 a 20 anos, inicialmente em territórios onde já se utilizam bactérias agrícolas geneticamente modificadas.
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