Como plantas produzem β-caseína: estudo da Universidade Hebraica de Jerusalém com a Miruku

E se a proteína responsável pelo valor nutricional do leite, pela textura cremosa e pela capacidade de virar queijo não precisasse vir de uma vaca - e pudesse ser produzida dentro de uma planta comum?

Um estudo recente torna esse cenário bem mais plausível ao revelar, de forma inesperada, como sementes vegetais conseguem fabricar e armazenar uma das proteínas mais importantes do leite.

A pesquisa foi liderada por Oded Shoseyov, da Universidade Hebraica de Jerusalém, em colaboração com a empresa Miruku, sediada na Nova Zelândia.

O grupo mostrou que plantas conseguem produzir com sucesso a β-caseína, uma das principais proteínas presentes no leite de vaca.

Além disso, os cientistas observaram que a proteína se acumulava num local dentro das células vegetais que ninguém previa.

A busca por laticínios sem vacas

A procura global por laticínios continua a aumentar, ao mesmo tempo em que crescem as preocupações com emissões de gases de efeito estufa, uso de terra e consumo de água associados à pecuária.

Essa pressão tem levado pesquisadores a procurar maneiras sustentáveis de obter proteínas lácteas autênticas sem depender de animais.

Nesse contexto, a agricultura molecular em plantas - na prática, transformar culturas agrícolas em pequenas fábricas de proteínas - passou a ser vista como uma das alternativas mais promissoras.

A lógica é que, em teoria, lavouras podem ser cultivadas em grande escala com uma fração dos recursos exigidos para criar gado leiteiro.

O problema é que fazer plantas produzirem proteínas do leite complexas sempre foi um obstáculo técnico relevante, o que até aqui limitava o quanto essa rota poderia avançar.

Para enfrentar essa barreira, os pesquisadores modificaram sementes de Arabidopsis para produzir β-caseína bovina fundida a um pequeno trecho de uma proteína vegetal de corpos oleosos chamada oleosina, que se liga aos corpos oleosos dentro da célula.

Em seguida, testaram diferentes “endereços celulares”, direcionando a proteína para vários compartimentos internos e comparando em qual deles ela se acumulava de maneira mais eficiente.

Uma descoberta que ninguém procurava

A expectativa da equipe era ver a proteína concentrada em vacúolos de armazenamento especializados, compartimentos normalmente associados a esse tipo de estocagem.

No entanto, microscopia eletrônica avançada indicou um cenário completamente diferente.

Em vez de se acomodar no compartimento planejado, a proteína do leite deu origem a estruturas ricas em proteína que não tinham sido reconhecidas anteriormente.

Essas formações lembravam de perto micelas de caseína naturais, agrupadas ao redor de minúsculos corpos oleosos dentro das células das sementes.

Os agregados inesperados de proteína e óleo se acumularam com sucesso, e as sementes seguiram germinando normalmente.

O achado indica que as plantas podem dispor de uma via alternativa - até então desconhecida - para armazenar proteínas complexas.

Quando a natureza surpreende

As plantas com melhor desempenho produziram β-caseína em níveis de cerca de 1.26 percent do total de proteína solúvel das sementes - um rendimento consideravelmente superior ao de muitas tentativas anteriores de produzir caseína em plantas.

“Uma das partes mais empolgantes da ciência é quando a natureza surpreende você”, disse Shoseyov.

“Nós tentamos enviar a proteína para um lugar específico dentro da célula, mas acabamos descobrindo que a planta, na prática, criou a própria solução de armazenamento.”

“Entender esse comportamento inesperado nos dá uma visão valiosa de como as plantas lidam com proteínas complexas e pode nos ajudar a projetar sistemas mais eficientes para produzir proteínas lácteas sustentáveis no futuro.”

Implicações além dos laticínios

O impacto do resultado vai muito além das alternativas ao leite. A agricultura molecular em plantas é uma área em rápida expansão, que usa culturas agrícolas para fabricar proteínas de alto valor para alimentos, nutrição e até medicina.

Ao compreender onde e por que proteínas recombinantes tendem a se acumular naturalmente dentro das células vegetais, pesquisadores podem desenhar plantas com maior produtividade, ao mesmo tempo em que simplificam a purificação e reduzem custos.

Essas vantagens podem se aplicar a uma gama ampla de produtos proteicos além da caseína, incluindo proteínas terapêuticas e outros biológicos de alto valor que hoje dependem de sistemas de produção muito mais caros.

Com o aumento da demanda por fontes de proteína mais sustentáveis do ponto de vista ambiental, descobertas como esta aproximam a ciência de produzir ingredientes lácteos realmente autênticos usando apenas luz do sol, água e solo.

Saindo da planta modelo de laboratório

Os pesquisadores já avançaram além da demonstração inicial.

Recentemente, eles conseguiram transformar plantas de cártamo com as mesmas proteínas do leite, levando a tecnologia além da planta modelo Arabidopsis usada no estudo original.

O cártamo é uma opção de fato prática para escalar essa abordagem, pois é uma oleaginosa bem adaptada a climas quentes e áreas áridas.

Por ser resistente ao calor, torna-se cada vez mais relevante à medida que o aquecimento global muda onde determinadas culturas conseguem se desenvolver, enquanto a demanda por proteína nutritiva segue aumentando.

A combinação - uma cultura resiliente com uma via de armazenamento naturalmente eficiente - pode, no futuro, tornar as proteínas lácteas cultivadas em plantas uma alternativa viável bem além da estufa de pesquisa.