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Nanotecnologia a favor de uma agricultura mais sustentável

Nos próximos dez anos, até 2030, nós seremos 9 bilhões de seres humanos dividindo o mesmo planeta — cujos recursos continuam exatamente os mesmos. Esse crescimento populacional impõe uma série de novos desafios com os quais a humanidade deve lidar, em todos os campos do conhecimento. A produção de alimentos é um deles. Neste século, a lógica se inverteu: não é preciso somente produzir mais, como no passado, mas produzir mais gastando menos e gerando menos resíduos. Isso vale para a água e todos os outros insumos envolvidos. Eficiência é a palavra-chave.

“Na agricultura, o cultivo protegido é uma das técnicas empregadas para o aumento da produtividade, sobretudo no caso das hortaliças, graças à possibilidade de se controlar variáveis difíceis de serem controladas em culturas de campo, como a temperatura, a umidade relativa do ar, a incidência de luz e a quantidade de água”, explica o engenheiro agrônomo Ricardo Nery de Castro, docente em diversos cursos de graduação da Universidade de Sorocaba (Uniso). Entre as técnicas de cultivo protegido, destaca-se a hidroponia, um método que acontece em estufas, sem a presença de qualquer tipo de solo, que é substituído por uma solução de água e nutrientes.

A grande questão, contudo, é que essas formas alternativas de cultivo exigem cuidados específicos. Quando uma planta cresce no solo, ela tem, por exemplo, amplo acesso ao ferro, que é um dos nutrientes essenciais para o sucesso do processo fisiológico dos vegetais, sendo obrigatório para a respiração celular e a fotossíntese. Como o ferro é o quarto elemento químico mais presente na crosta terrestre, ele está disponível em abundância nos cultivos em campo, mas isso não acontece na hidroponia. Nesse caso, todo e qualquer nutriente precisa ser acrescentado à solução. Quando o elemento em questão é o ferro, isso normalmente acontece por meio de quelatos, que são compostos químicos que contêm íons de ferro aprisionados em seu interior, prontos para serem absorvidos pelas plantas. Mas existem pesquisadores pensando em alternativas.

Quando a nanotecnologia se torna verde

A nanotecnologia — ciência que lida com a manipulação da matéria em escala nanométrica (no nível das moléculas e dos átomos) — é, segundo a Organização das Nações Unidas (ONU), um dos conhecimentos mais importantes para que as metas do milênio, estipuladas no início do século XXI, sejam devidamente cumpridas. Dentro desse campo, está a biossíntese, também conhecida como síntese verde, que é a produção de nanopartículas inorgânicas por meio de organismos vivos, uma área que tem se provado mais barata e menos agressiva ao meio ambiente do que outras possibilidades tecnológicas contemporâneas.

O pesquisador Ricardo Nery de Castro, numa das estufas de hidroponia do Núcleo de Estudos Ambientais (Neas) da Uniso. Foto: Paulo Ribeiro

Foi com isso que Castro trabalhou em sua pesquisa de mestrado, verificando se as nanopartículas biogênicas de ferro sintetizadas a partir dos metabólitos do fungo Trichoderma harzianum poderiam ser utilizadas para substituir os tradicionais quelatos de ferro em culturas hidropônicas de alface e tomate.

Ele explica que essa ainda é uma área de pesquisa bastante específica e, talvez por isso, escassa. “Existem quase 22 mil publicações científicas anuais sobre nanopartículas não biogênicas. Já em relação a outras nanopartículas biogênicas, exceto as de ferro, o número cai para 133 publicações. Especificamente sobre nanopartículas biogênicas de ferro, existem apenas 9 publicações anuais em média, a maioria dessas fazendo referência a estudos em laboratório, diferentemente desta pesquisa desenvolvida na Uniso, que explora a produção comercial. Tudo isso dificulta o desenvolvimento de novas tecnologias nessa área, e é por isso que esse tipo de pesquisa é tão importante.”

Resultados e aplicações

As nanopartículas utilizadas na pesquisa foram sintetizadas a partir dos metabólitos excretados pelo fungo Trichoderma harzianum, um fungo que, na agricultura, já é utilizado para o tratamento do solo e de sementes. Na nanotecnologia, a mesma espécie é utilizada, também, para a biossíntese de nanopartículas de prata. O pesquisador conta que, atualmente, diferentes cepas de fungos têm sido utilizadas como “fábricas vivas” de nanopartículas, com diversos fins. Depois de produzidas, as nanopartículas foram acrescentadas à solução dos cultivos hidropônicos de alface e tomate, nas instalações do Núcleo de Estudos Ambientais (Neas) da Uniso.

Tanto os pés de alface quanto os tomateiros apresentaram desenvolvimento fisiológico normal até certo ponto — 28 dias após a semeadura, no caso da alface, e 87 no caso dos tomateiros. Depois, contudo, as plantas pararam de crescer e alguns pés de alface chegaram a morrer. As plantas apresentaram, também, clorose internerval, como é chamada a condição em que as folhas se tornam amareladas, quase translúcidas, devido a uma deficiência na síntese da clorofila, que é causada pela ausência de ferro. A produção de frutos, no caso dos tomateiros, também foi afetada.

Isso se deu porque as nanopartículas biogênicas de ferro, além de apresentarem um diâmetro maior do que as nanopartículas não biogênicas, apresentam também uma espécie de recobrimento orgânico (chamado de capping) formado pelos metabólitos utilizados no seu processo de síntese. Esse recobrimento também evita a liberação de íons para o meio, aparentemente impedindo que eles sejam fornecidos à planta (ainda que as nanopartículas sejam absorvidas). Dessa forma, Castro concluiu que o quelato de ferro ainda parece ser a forma mais eficiente de fornecer íons para a síntese da clorofila, garantindo assim o desenvolvimento da planta conforme o esperado. Uma possível alternativa pode ser o desenvolvimento de nanopartículas com diâmetro menor, que possam fazer o papel dos íons, mas essa é uma proposta para pesquisas futuras.

No entanto, vale lembrar que, na ciência, um resultado negativo também é um resultado válido. “Da mesma forma que foi possível provar que as nanopartículas de ferro não supriram as necessidades das culturas, indicando que elas não liberam íons em quantidade suficiente para manter as plantas saudáveis, também foi possível provar que a presença das nanopartículas de ferro não inibiu a absorção do ferro em si”, ressalta o pesquisador. Ou seja, as plantas que receberam tanto as nanopartículas biogênicas quanto os quelatos foram capazes de continuar absorvendo os íons, mesmo na presença das nanopartículas, e sem absorver ferro em excesso, o que também é um resultado importante.

Isso indica que essa tecnologia tem potencial para ser aplicada na agricultura, no transporte de outras moléculas de interesse (como defensivos agrícolas e outros fertilizantes), as quais podem ser associadas às nanopartículas e, assim, direcionadas diretamente do substrato para o interior do organismo das plantas. “Nesses casos, a vantagem de se usar as nanopartículas de ferro, em vez de outras nanopartículas disponíveis, como as de prata ou de titânio, é o fato de elas serem mais seguras, pois o ferro não é tóxico para o meio ambiente como os demais elementos”, Castro conclui. Dada a baixa quantidade de pesquisas abordando essas questões, o estudo é, assim, um passo a mais na direção de uma agricultura mais eficiente e sustentável.

Com base na dissertação “Biossíntese de nanopartículas de ferro utilizando Trichoderma harzianum para aplicação em cultivos hidropônicos”, do Programa de Pós-Graduação em Ciências Farmacêuticas da Universidade de Sorocaba (Uniso), com orientação da professora doutora Renata de Lima, aprovada em 14 de dezembro de 2018. A veiculação pública da dissertação se dará somente após a publicação dos resultados na forma de artigos científicos.

Texto: Guilherme Profeta

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