Imagine uma planta com habilidades totalmente novas – alimentos mais nutritivos, culturas que sobrevivem a ondas de calor ou folhas que produzem materiais úteis. Com o novo financiamento da ARIA, pesquisadores de Cambridge esperam desbloquear a tecnologia para acelerar o desenvolvimento das culturas e aprimorar as plantas com novas qualidades, como a tolerância à seca, para reduzir a quantidade de água necessária, ou a capacidade de resistir a pragas e doenças.

A pesquisa deles tem o potencial de revolucionar o futuro da agricultura e oferecer uma nova abordagem radical para garantir o fornecimento de alimentos diante das mudanças climáticas.

“Estamos desenvolvendo ferramentas para tornar as plantas programáveis, assim como softwares. Isso não é ficção científica – é o futuro da agricultura”, disse o professor Jake Harris, chefe do grupo Cromatina e Memória e líder de um dos projetos financiados pela ARIA.

A equipe de Harris recebeu £ 6,5 milhões para construir o primeiro cromossomo vegetal artificial do mundo.

O ambicioso objetivo do programa Plantas Sintéticas é desenvolver cromossomos e cloroplastos artificiais que possam sobreviver em uma planta viva. Se as equipes conseguirem isso, será um dos avanços mais significativos na biologia sintética de plantas.

A equipe internacional envolve colaboradores da Universidade da Austrália Ocidental, da empresa de biotecnologia Phytoform Labs e da Australian Genome Foundry na Universidade Macquarie.

“Nossa ideia é que, em vez de modificar um cromossomo existente, nós o projetemos do zero”, disse o professor Harris.

Ele acrescentou: “Estamos repensando o que as plantas podem fazer por nós. Este cromossomo sintético poderá um dia ajudar a cultivar culturas mais produtivas, mais resilientes e melhores para o planeta.”

Embora cromossomos sintéticos tenham sido obtidos em organismos mais simples, como bactérias e leveduras, esta será a primeira tentativa de criar e implantar um inteiramente do zero em uma planta.

O projeto usará o musgo Physcomitrium patens — uma planta única e altamente manipulável — como uma plataforma de desenvolvimento para construir e testar um cromossomo sintético de baixo para cima, antes de transferi-lo para plantas de batata.

Também abre novas possibilidades para o cultivo de alimentos e medicamentos no espaço e para a agricultura em ambientes fechados. Poderia permitir que cientistas conferissem resistência a doenças a variedades de culturas de elite ou que crescessem produtivamente em novos climas e ambientes.

O segundo projeto financiado, liderado pela Professora Alison Smith e pelo Dr. Pawe Mordaka no grupo de Metabolismo Vegetal, visa usar cloroplastos sintéticos para permitir que as plantas fixem nitrogênio e produzam vitamina B12. O uso de fertilizantes para fornecer nitrogênio e promover bons rendimentos agrícolas é a principal causa da poluição da agricultura; reduzir a necessidade desses fertilizantes promoveria sistemas de produção de alimentos mais sustentáveis.

Isso se baseia em seu trabalho anterior para projetar e construir todo o genoma do cloroplasto para a alga unicelular simples Chlamydomonas reinhardtii .

Os pesquisadores de Cambridge receberam quase £ 1 milhão, como parte de uma bolsa de £ 9 milhões para este projeto. Eles estão trabalhando com uma equipe internacional de pesquisadores do Reino Unido, EUA e Alemanha para transferir essa tecnologia para a construção de cloroplastos sintéticos em plantas de batata.

O professor Smith afirmou: “Nosso sucesso desbloquearia aplicações poderosas na agricultura, como plantas capazes de fixar nitrogênio ou produzir nutrientes essenciais como a vitamina B12, potencialmente reduzindo a dependência de fertilizantes e combatendo a desnutrição. Essas características têm um potencial tremendo se forem incorporadas às plantas.”

Ela acrescentou: “Isso permitirá que os cientistas superem o que pode ser realizado com a edição genética e equipem as plantas com novas funções, desde a redução do uso de água na agricultura até a proteção da produtividade das colheitas em condições incertas.”

A ambição deste projeto está fora do escopo da maioria dos outros programas de financiamento do Reino Unido. O Professor Harris acredita que isso decorre da abordagem única da ARIA para desenvolver a oportunidade e o objetivo da pesquisa em conjunto com a comunidade científica.

Harris disse: “A ARIA realizou alguns eventos com biólogos sintéticos para analisar o que está no limite do possível, o que poderia ser útil como uma abordagem inovadora que poderia realmente mudar as coisas.”

Ele acrescentou: “É uma maneira totalmente diferente de ver as coisas. Passamos de 'aqui está o que queremos ver no mundo' para 'como vamos chegar lá?'. Isso catalisou uma equipe diferente e uma maneira diferente de pensar.”

Este trabalho nos leva além das limitações dos genomas naturais. Trata-se de projetar capacidades inteiramente novas em plantas – do nível molecular para cima.

Atualmente, o desenvolvimento de uma nova variedade de cultivo no Reino Unido leva normalmente oito anos, mas com esta nova tecnologia, isso pode levar um ano ou até menos. A velocidade do desenvolvimento aumentaria drasticamente, da mesma forma que a tecnologia revolucionária de dobramento de proteínas, como o AlphaFold, acelerou enormemente o processo de descoberta de medicamentos.

A biologia sintética já está revolucionando o mundo da saúde e pode transformar a agricultura se aplicada à adaptação de características de plantas.