Cientistas descobrem nova forma de ajudar as plantas a combater doenças

Cientistas conseguiram ao fim de três décadas uma descoberta surpreendente sobre as estruturas internas e o modo de regulação de uma proteína especializada nas plantas. Um conhecimento que permite o desenvolvendo de ferramentas que podem aumentar a capacidade de ajudar as plantas a combater uma ampla gama de doenças.

O trabalho feito por cientistas do Laboratório Nacional Rutgers e Brookhaven explora um processo natural em que células vegetais morrem propositalmente para ajudar a planta hospedeira a se manter saudável. Para os cientistas o conhecimento deverá ter amplas aplicações no setor agrícola, oferecendo novas maneiras de proteger as principais culturas alimentares de uma variedade de doenças devastadoras.

Em artigo publicado na Nature Communications, uma equipa liderada por Eric Lam, da Universidade Rutgers-New Brunswick, e Qun Liu, do Laboratório Nacional Brookhaven, em Nova York, descreve que técnicas avançadas de cristalografia e modelagem computacional permitiram obter uma melhor imagem até agora de uma protease vegetal essencial, uma enzima proteica que corta outras proteínas, conhecida como metacaspase 9.

“Compreender a forma e o modo de ativação da metacaspase 9 significa que agora podemos projetar ferramentas há muito procuradas para aproveitar as funções biológicas conhecidas para proteger plantas de doenças e stress ambientais que podem dizimar plantações”, disse Qun Liu, biólogo estrutural do Departamento de Biologia de Brookhaven.

A equipa já entrou com um pedido de patente provisória no Escritório de Patentes e Marcas dos EUA para tecnologias que podem ser desenvolvidas a partir da nova descoberta.

“Este trabalho pode inaugurar tratamentos muito mais seguros e eficazes para as plantações em todo o mundo”, disse Lam, do Departamento de Biologia Vegetal da Escola de Ciências Ambientais e Biológicas da Rutgers e autor do estudo.

Usando Arabidopsis thaliana, uma planta frequentemente estudada e também conhecida como agrião-orelha-de-rato, os investigadores empregaram um método conhecido como cristalografia de raios X na Fonte Nacional de Luz Síncrotron II (NSLS-II) de Brookhaven para revelar a forma da metacaspase 9 no nível atómico.

Sabendo, por investigações anteriores, que a enzima é ativada pelo aumento da acidez, eles observaram e registraram como a enzima muda de forma quando exposta a diferentes concentrações de ácido para revelar as principais mudanças na proteína durante sua ativação.

O conhecimento complexo recém-adquirido combina dados de cristalografia com simulações de dinâmica molecular, também concluídas em Brookhaven. Esse método computacional permitiu observar como a enzima se comportava e se alterava sob diferentes condições. A equipe também realizou experimentos de laboratório, incluindo mutagénese sítio-específica, uma técnica usada por cientistas para fazer alterações precisas em uma parte específica de uma sequência de DNA e validar a importância de partes específicas da proteína necessárias para sua atividade.

Ao integrar este conhecimento, os investigadores descobriram que diferentes partes da enzima agem como freios ou aceleradores para garantir que enzima só fique ativa num nível de pH ácido.

Ao longo de 30 anos os investigadores têm vindo a estudar o processo que está no centro do papel fundamental da enzima na saúde das plantas, um fenómeno conhecido como morte celular programada ou suicídio celular.

Como explicou Eric Lam, a morte celular programada é um processo em que as células morrem intencionalmente como parte de um mecanismo natural e controlado. É a maneira da célula cometer suicídio pelo bem maior do organismo. O processo ajuda a remover células danificadas ou desnecessárias, permitindo que o organismo se mantenha saudável e se desenvolva adequadamente. Nas plantas, a morte celular programada é crucial para combater doenças e responder ao stress.

Outros investigadores demonstraram que a metacaspase 9, presente em plantas, mas não em animais, está relacionada à morte celular programada e centralmente envolvida em dois tipos principais de agentes causadores de doenças em plantas. Ao lidar com biotróficos, organismos que se alimentam de células vivas, a metacaspase 9 ajuda a matar células infetadas para interromper a doença. Já com necrótrofos, organismos que matam células vegetais antes de as consumir, a metacaspase 9 é sequestrada para destruir as próprias células da planta mais rapidamente, o que ajuda os invasores.

Os investigadores argumentam que o fortalecimento da metacaspase 9 pode prevenir doenças biotróficas. Por outro lado, bloquear a função significa que a enzima não ajudará os necrótrofos a matar células saudáveis.

Um exemplo de biotrófico é o oomiceto fúngico Phytophthora infestans, que causou a praga da batata na Irlanda e a consequente fome em meados do século XIX. “Para muitas doenças de plantas, especialmente fungos, as opções eficazes de tratamento com fungicidas são escassas e, em muitos casos, as preocupações ambientais são bastante sérias”, disse Eric Lam. “Ao criar versões hiperativas da metacaspase 9, podemos proteger as plantas desses biotróficos, causando a morte celular no local da invasão mais cedo, interrompendo assim seu suprimento alimentar.”

A equipa de investigação fez exatamente isso, criando “variantes superativas” da enzima que podem ser produzidas por genes de plantas quando estimuladas a fazê-lo e podem fornecer novas características de resistência a uma série de doenças importantes, como oídio e ferrugem.

A grave doença vegetal conhecida como mofo branco é causada pelo fungo patógeno necrotrófico Sclerotinia sclerotiorum, que pode infetar diversas culturas. É uma das doenças causadas por fungos patógenos que podem causar perdas anuais entre 10% e 20% da produtividade total. Isso se traduz em perdas financeiras entre 100 mil milhões e 200 mil milhões de dólares por ano para a agricultura, de acordo com estatísticas compiladas pelo Departamento de Agricultura dos EUA.

“Para combater organismos necrotróficos que matam células para se alimentar delas, compreender como a metacaspase 9 se altera em nível molecular pode ajudar-nos a criar novos agroquímicos que bloqueiem essa enzima de forma eficiente, sem prejudicar os animais ou o meio ambiente”, disse o investigador. “Eles poderiam ser usados ​​na agricultura para impedir o crescimento de necrótrofos nocivos, levando a tratamentos mais seguros e eficazes para plantações em todo o mundo.”

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