Você já notou que o tempo que você toma sua dose diária de cafeína pode mudar a forma como isso afeta você?
Muito cedo e você pode sentir uma queda à tarde. Tarde demais e você pode ficar acordado a noite toda. Isso ocorre por causa de como a droga cafeína afeta os hormônios em seu corpo que são uma parte importante do seu ritmo diário.

Este ritmo diário, ou relógio circadiano, tem uma enorme influência na sua saúde e bem-estar. A cronomedicina aplica esse conhecimento para tratar doenças.

Uma grande parte disso é entender quais medicamentos ou tratamentos específicos são mais eficazes em determinados momentos do dia. Também pode nos informar sobre o momento ideal de nossas refeições ou quando obteremos o máximo benefício do exercício.

Isso ocorre porque nosso relógio circadiano liga e desliga pelo menos um terço de nossos genes – assim como as proteínas que eles produzem – todos os dias. Os genes que são ativados em um determinado momento ditarão como nosso corpo responde às coisas que fazemos, tanto saudáveis ​​quanto insalubres.

Como nós, as plantas também têm um relógio circadiano que controla os ritmos diários e sazonais que afetam o metabolismo e o crescimento. E a hora do dia em que uma planta sofre um estresse ambiental – como calor, seca ou patógenos – pode influenciar o quão bem essa planta responde.

A cronocultura é um conceito emergente que analisa como o relógio circadiano das culturas pode ser explorado para melhorar seus rendimentos.

Por exemplo, otimizar a hora do dia de irrigação ou a aplicação de fertilizantes e herbicidas para sincronizar com o relógio circadiano pode aumentar a eficácia ou reduzir a quantidade de manutenção necessária.

Minha pesquisa de laboratório visa entender como o metabolismo afeta os ritmos circadianos das plantas, o que é fundamental para as plantas a fim de otimizar o uso da luz solar para a fotossíntese e gerenciar as reservas de energia durante a noite.

Em nosso artigo mais recente, liderado por Ph.D. estudante Xiang Li, usamos uma abordagem chamada biologia química, que usa drogas ou compostos semelhantes a drogas para aprender como funciona um sistema biológico.

Pesquisamos em mais de 1.000 drogas, incluindo ibuprofeno, aspirina e cafeína, que são conhecidas por terem um efeito em células animais para ver se elas afetam o controle metabólico da expressão gênica circadiana em plantas.

E descobrimos que um número surpreendentemente grande dessas drogas afeta as células vegetais. Isso ocorre porque a maneira básica como as células vegetais funcionam é muito semelhante às células animais.

Por exemplo, uma das drogas que usamos foi o isetionato de pentamidina, que é usado para tratar a doença do sono e pneumonia grave. Esta droga atua nas células nervosas dos animais. As plantas não têm sistema nervoso, mas têm maneiras de transmitir sinais ao redor da planta que dependem de proteínas semelhantes.

A droga prejudicou severamente o crescimento das plantas e diminuiu a velocidade do relógio circadiano das plantas.

Nossa pesquisa pode ajudar a entender precisamente como esse medicamento funciona, observando atentamente as semelhanças entre as proteínas vegetais e animais.

Outras drogas que descobrimos parecem funcionar de maneira diferente nas células vegetais, porque o alvo da droga aparentemente está ausente nas plantas. Por exemplo, drogas que afetam a neurotransmissão da serotonina. As plantas produzem serotonina, mas sabemos relativamente pouco sobre seu papel nas plantas e como funciona.

Exemplos como este são empolgantes porque representam potenciais novos alvos de drogas e abrem a possibilidade de usar algumas dessas drogas de novas maneiras.

Então, o que podemos fazer com esse novo conhecimento?

Potencialmente, algumas dessas drogas poderiam ser desenvolvidas em novos herbicidas. Ou podemos ser capazes de aumentar o crescimento das plantações, ativando o metabolismo na hora certa do dia. Ou, da mesma forma que usamos nossa dose de cafeína, podemos ajustar os ritmos circadianos para aumentar o desempenho das colheitas.

Uma vantagem particular do uso da biologia química é que podemos testar facilmente o efeito dessas drogas em outras espécies. Isso pode incluir uma variedade de espécies de culturas ou outros organismos vulneráveis ​​neste ambiente, como insetos.

Isso poderia garantir que quaisquer novas intervenções agrícolas tenham um impacto ecológico mínimo.

Mas, a curto prazo, esses medicamentos com efeitos recém-identificados oferecem oportunidades interessantes para aprender mais sobre como o metabolismo das plantas está conectado aos ritmos circadianos. Isso nos deixa um passo mais perto de tornar a cronocultura uma realidade.