Pesquisa busca, no sistema digestivo dos insetos, enzimas capazes de tornar mais eficiente a conversão da biomassa vegetal em biocombustíveis
No dia a dia, a presença dela talvez não agrade. Mas, no laboratório, atrai olhares de afeição. Os pesquisadores querem descobrir soluções sofisticadas que este inseto desenvolveu ao longo de milhares de anos, mas que, até hoje, são uma incógnita para a ciência. As baratas estão no centro de uma investigação sobre como podem ajudar na transição energética, especialmente na produção de biocombustíveis.
Mas qual seria a participação delas nesse processo? A explicação dos cientistas Marcos Buckeridge, da Universidade de São Paulo (USP), e de Ednildo Machado, da Universidade Federal do Rio de Janeiro (UFRJ), é a seguinte: plantas como a cana-de-açúcar armazenam energia em moléculas altamente complexas, como celulose, hemiceluloses, pectinas e lignina, que formam a estrutura da biomassa vegetal. Transformar esse material em combustível, como etanol, exige procedimentos capazes de quebrar essas moléculas de forma eficiente e economicamente viável. Embora avanços importantes tenham sido alcançados, a degradação completa da biomassa ainda representa um gargalo tecnológico na produção de energias renováveis.
Na natureza, no entanto, esse problema já foi resolvido. A decomposição de resíduos vegetais em florestas, solos e outros ambientes naturais ocorre graças à ação coordenada de diferentes “atores”. Insetos e microrganismos atuam em conjunto, formando sistemas altamente especializados em transformar matéria vegetal em nutrientes e energia. É justamente esse modelo que inspira a pesquisa conduzida por Buckeridge e Machado: em vez de tentar criar soluções artificiais isoladas, a proposta é entender como os sistemas naturais – presentes, por exemplo, nas baratas – funcionam. A ideia, porém, não é encher a indústria de baratas, mas reproduzir, no laboratório e na indústria, os sistemas encontrados nos insetos, de maneira controlada e segura.
A fase atual dos estudos se baseia no uso da metagenômica, uma técnica avançada que permite analisar o DNA de todos os microrganismos presentes em um determinado ambiente — neste caso, o intestino das baratas. A partir do sequenciamento genético, os cientistas conseguem identificar quais grupos microbianos estão envolvidos no processo digestivo e quais genes estão associados à produção de enzimas capazes de degradar o material vegetal. Um dos objetivos centrais é distinguir quais enzimas são produzidas pelo próprio inseto e quais têm origem nos microrganismos que vivem em associação com ele.
Para que se torne ainda mais precisa, as análises são complementadas pela proteômica, técnica que permite identificar e sequenciar as proteínas efetivamente presentes no sistema digestivo. Em síntese, enquanto a metagenômica revela o potencial genético, a proteômica mostra quais enzimas estão, de fato, ativas naquele ambiente. Juntas, essas abordagens oferecem um caminho para localizar as enzimas responsáveis pela alta eficiência observada na degradação da biomassa.
20 anos de experimentos
Essas abordagens integram um programa científico de longo prazo desenvolvido no Instituto Nacional de Ciência e Tecnologia do Bioetanol (INCT do Bioetanol), financiado pelo Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) e pela Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (Fapesp). Ao longo de cerca de 20 anos, os pesquisadores têm se dedicado a compreender e aprimorar os processos de conversão da biomassa vegetal em energia, com foco especial na cana-de-açúcar, principal matéria-prima do etanol brasileiro.
O programa já reúne enzimas obtidas de diferentes fontes, incluindo microrganismos e a própria cana. Em um dos resultados mais expressivos, a incorporação de uma enzima extraída da planta resultou em um aumento significativo na eficiência da degradação da biomassa. A expectativa agora é que as enzimas identificadas nos insetos ampliem esse desempenho.
Biomimética
Para avançar nos experimentos, os pesquisadores descreveram o sistema digestivo da barata Periplaneta americana, a mesma encontrada nas ruas ou nas casas. Nos próximos passos do estudo, querem incluir outros organismos, como cupins e larvas do besouro tenébrio. Buckeridge explica, no entanto, que se trata de um caminho gradual. A identificação, caracterização e aplicação das enzimas em cada um deles exige muitos testes e validações rigorosas.
“Nossa busca não é apenas tecnológica, mas também a de desvendar segredos fundamentais da Biologia. Na natureza, a degradação da biomassa vegetal é sempre feita por conjuntos com microrganismos, como bactérias, fungos e vírus, e animais, como insetos e mamíferos, que desenvolveram sistemas para isso, sempre em associação. Isso é tremendamente importante porque, se houvesse um único organismo [com essa capacidade], ele desequilibraria a biosfera e a vida poderia nem ser viável no nosso planeta”, afirma Buckeridge.
Por isso, os pesquisadores defendem uma abordagem inspirada na biomimética, que busca entender e imitar os sistemas naturais, mas sem o intuito de criar um “superorganismo”. “Nossa busca científica e intelectual é tanto entender a natureza quanto aplicar, de forma responsável, o que aprendemos para gerar inovação em biotecnologia”, conclui Buckeridge.