Usando técnicas de engenharia genética de precisão, pesquisadores do Earlham Institute, em Norwich, conseguiram transformar plantas de tabaco em fábricas movidas a energia solar para feromônios sexuais de mariposas.

De forma crítica, eles mostraram como a produção dessas moléculas pode ser gerenciada com eficiência para não prejudicar o crescimento normal das plantas.

Os feromônios são substâncias químicas complexas produzidas e liberadas por um organismo como um meio de comunicação. Eles permitem que membros da mesma espécie enviem sinais, o que inclui informar aos outros que eles estão procurando por amor.

Os fazendeiros podem pendurar dispersores de feromônio entre suas plantações para imitar os sinais dos insetos fêmeas, prendendo ou distraindo os machos de encontrar uma parceira. Algumas dessas moléculas podem ser produzidas por processos químicos, mas a síntese química geralmente é cara e cria subprodutos tóxicos.

O Dr. Nicola Patron, que liderou esta nova pesquisa e chefia o Grupo de Biologia Sintética do Earlham Institute, usa ciência de ponta para fazer com que as plantas produzam esses valiosos produtos naturais.

A biologia sintética aplica princípios de engenharia aos blocos de construção da vida, o DNA. Ao criar módulos genéticos com as instruções para construir novas moléculas, a Dra. Patron e seu grupo podem transformar uma planta como o tabaco em uma fábrica que só precisa de luz solar e água.

"A biologia sintética pode nos permitir projetar plantas para fazer muito mais de algo que elas já produziram, ou podemos fornecer as instruções genéticas que lhes permitem construir novas moléculas biológicas, como remédios ou esses feromônios", disse o Dr. Patron.

Neste último trabalho, a equipe trabalhou com cientistas do Instituto de Biologia Molecular e Celular de Plantas em Valência para projetar uma espécie de tabaco, Nicotiana benthamiana, para produzir feromônios sexuais de mariposas. A mesma planta foi projetada anteriormente para produzir anticorpos contra o ebola e até partículas semelhantes ao coronavírus para uso em vacinas COVID.

O Grupo construiu novas sequências de DNA no laboratório para imitar os genes da mariposa e introduziu alguns interruptores moleculares para regular com precisão sua expressão, o que efetivamente ativa e desativa o processo de fabricação.

Um componente importante da nova pesquisa foi a capacidade de ajustar a produção dos feromônios, pois coagir as plantas a construir continuamente essas moléculas tem suas desvantagens.

"À medida que aumentamos a eficiência, muita energia é desviada do crescimento e desenvolvimento normais", explicou o Dr. Patron.

"As plantas estão produzindo muito feromônio, mas não conseguem crescer muito, o que basicamente reduz a capacidade de nossa linha de produção. Nossa nova pesquisa fornece uma maneira de regular a expressão gênica com muito mais sutileza."

No laboratório, a equipe começou a testar e refinar o controle de genes responsáveis ??por produzir a mistura de moléculas específicas que imitam os feromônios sexuais de espécies de mariposas, incluindo laranjeiras do umbigo e lagartas do algodoeiro.

Eles mostraram que o sulfato de cobre poderia ser usado para ajustar a atividade dos genes, permitindo-lhes controlar o tempo e o nível de expressão gênica. Isso é particularmente importante porque o sulfato de cobre é um composto barato e prontamente disponível já aprovado para uso na agricultura.

Eles foram até capazes de controlar cuidadosamente a produção de diferentes componentes de feromônio , permitindo que eles ajustassem o coquetel para melhor se adequar a espécies específicas de mariposas.

"Nós mostramos que podemos controlar os níveis de expressão de cada gene em relação aos outros", disse o Dr. Patron. "Isso nos permite controlar a proporção de produtos que são feitos."

"Acertar na receita é particularmente importante para feromônios de mariposas , pois geralmente são uma mistura de duas ou três moléculas em proporções específicas. Nossos colaboradores na Espanha estão agora extraindo os feromônios feitos de plantas e testando-os em dispensadores para ver como eles se comparam às mariposas fêmeas."

A equipe espera que seu trabalho abra caminho para o uso rotineiro de plantas para produzir uma ampla gama de produtos naturais valiosos.

"Uma grande vantagem do uso de plantas é que pode ser muito mais caro construir moléculas complexas usando processos químicos ", disse o Dr. Patron. “As plantas já produzem uma série de moléculas úteis, então podemos usar as técnicas mais recentes para adaptar e refinar o maquinário existente”.

"No futuro, podemos ver estufas cheias de fábricas de plantas - fornecendo uma maneira mais ecológica, barata e sustentável de fabricar moléculas complexas ."

A pesquisa foi publicada na revista Plant Biotechnology .