Você não pode vê-los a olho nu, mas a maioria das plantas emite gases voláteis - isoprenóides - para a atmosfera quando respiram e crescem. Algumas plantas emitem quase nada; outros emitem quilos anualmente.

Por que as emissões de isoprenóides da planta são interessantes? Nós vamos, os isoprenóides contribuem imensamente para as quantidades de hidrocarbonetos liberados na atmosfera, onde podem ser convertidos em potentes gases de efeito estufa, afetando as mudanças climáticas. Na realidade, estimou-se que os isoprenóides de cadeia curta são responsáveis ​​por mais de 80% de todos os compostos orgânicos voláteis emitidos por todos os organismos vivos, totalizando cerca de 650 milhões de toneladas de carbono por ano.

"Descobrimos uma nova maneira que as plantas regulam a quantidade de isoprenóides voláteis que emitem para a atmosfera, que há muito era desconhecido. Algumas plantas emitem muito, enquanto espécies muito semelhantes não os emitem de forma alguma. Isso é interessante do ponto de vista da pesquisa básica para entender melhor essas emissões e como o cultivo de plantas diferentes pode afetar o ciclo do carbono e impactar os gases de efeito estufa, "diz o primeiro autor por trás de um novo estudo publicado recentemente em eLife , Pesquisador Sênior Mareike Bongers do Novo Nordisk Foundation Center for Biosustainability e Australian Institute for Bioengineering and Nanotechnology, A Universidade de Queensland.

As culturas que emitem muito isopreno são, por exemplo, dendezeiros; abeto, que é cultivado para obter madeira; e árvores de álamo tremedor, que são cultivadas para madeira e biocombustível. Com este conhecimento, os agricultores poderiam, em princípio, otimizar as terras florestais e a área agrícola plantando menos plantas com alto emissor e mais emissores zero.

"Deveria ser dito, no entanto, que não sabemos com certeza se todos os efeitos dessas emissões são ruins, mais pesquisas são necessárias sobre isso. Mas o que está claro é que muitos dos efeitos nocivos das emissões de isoprenóides acontecem quando eles reagem com poluentes atmosféricos comuns, que afeta a formação de gases de efeito estufa e a qualidade do ar. Portanto, grandes plantações com altas emissões são particularmente problemáticas nas proximidades da poluição do ar industrial ou municipal. Então, reduzir a poluição é outra maneira de resolver o problema, "diz Mareike Bongers.

Os pesquisadores por trás deste estudo estão agora olhando para a possibilidade de usar esse novo conhecimento em biotecnologia aplicada. Os pesquisadores realmente descobriram o novo mecanismo regulatório, porque eles tentaram manipular a bactéria E. coli para produzir os procurados isoprenóides, que poderia substituir muitos produtos químicos de combustíveis fósseis se eles pudessem ser produzidos mais barato.

Então, enquanto a engenharia de genes de plantas em E. coli para melhorar a produção de isoprenóides, os pesquisadores tomaram conhecimento do mecanismo de regulação baseado em plantas. Quando a E. coli foi projetada com genes de plantas para uma enzima conhecida como HDR, eles produziram dois produtos químicos importantes em proporções diferentes, e isso influenciou a quantidade de isopreno que poderia ser produzida.

Esta revelação é muito útil em biotecnologia aplicada, porque os isoprenóides podem ser transformados em produtos como a borracha. A GoodYear já produziu pneus para automóveis feitos de isopreno bio-produzido. Além disso, as descobertas também podem melhorar a produção de isoprenóides monoterpênicos, que são combustíveis de aviação excelentes porque são muito densos em energia.

"Isso é particularmente interessante do ponto de vista da sustentabilidade, porque não se prevê que os aviões possam ser abastecidos com qualquer outra coisa que não sejam combustíveis líquidos, em oposição ao transporte terrestre, que poderia ser elétrico, " ela diz.

Finalmente, isoprenóides também são usados ​​como sabores e fragrâncias em perfumes e cosméticos, e são muito importantes como compostos ativos em alguns medicamentos, por exemplo, o medicamento antimalárico artemisinina ou taxadieno, a partir do qual o medicamento contra o câncer Taxol é feito.

Hoje, a maioria dos laboratórios e empresas de biotecnologia que produzem isoprenóides usam uma via de levedura, uma vez que os rendimentos alcançados foram muito maiores do que com E.coli. Mas o caminho usado por E. coli e plantas tem um rendimento teórico maior, o que significa que mais isoprenóides poderiam teoricamente ser produzidos a partir da mesma quantidade de açúcar na E. coli do que na levedura. Portanto, tentar otimizar o E. coli para a produção de isoprenóides faz muito sentido comercialmente.

A equipe comparou oito genes HDR de plantas diferentes e um gene HDR de cianobactérias em E. coli. O melhor resultado foi obtido com genes de pêssego, choupo e mamona. Por ser uma prova de conceito, a equipe produziu apenas 2 mg de isopreno por litro de caldo celular. Mas com mais esforços de engenharia e otimização de fermentação, os pesquisadores esperam melhorar a produção de isopreno em E. coli usando este sistema.

“Vimos que a escolha da enzima vegetal certa fez uma grande diferença para a produção de isopreno em E. coli. nossa abordagem de 'aprendizado com a natureza' sobre como algumas plantas se tornaram tão boas em emitir isoprenóides realmente nos ajudou a projetar fábricas de células mais eficientes, "ela conclui.