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ANÁLISE

Texto baseado no relato de acontecimentos, mas contextualizado a partir do conhecimento do jornalista sobre o tema; pode incluir interpretações do jornalista sobre os fatos.

Igual "Avatar": planta que ilumina a casa está mais perto de ser realidade

Cena do filme "Avatar" (2009) - Reprodução
Cena do filme "Avatar" (2009) Imagem: Reprodução
Daniel Schultz, Monica Matsumoto, Shridhar Jayanthi, Guilherme Pimentel , Luiz Gustavo Martins e Cristina Schultz

sobre os colunistas

Daniel Schultz é cientista, professor de microbiologia e membro do núcleo de ciências computacionais em Dartmouth (EUA). Estuda a dinâmica dos processos celulares, com foco na evolução de bactérias resistentes a antibióticos. É formado em engenharia pelo ITA, doutor em química pela Universidade da Califórnia San Diego e pós-doutorado em biologia sistêmica em Harvard. Possui trabalhos de alto impacto publicados em várias áreas, da física teórica à biologia experimental, e busca integrar essas várias áreas do conhecimento para desvendar os detalhes de como funciona a vida ao nível microscópico.

Monica Matsumoto

Monica Matsumoto é cientista e professora de Engenharia Biomédica no ITA. Curiosa, tem interesse em áreas multidisciplinares e procura conectar pesquisadores em diferentes campos do conhecimento. É formada em engenharia pelo ITA, doutora em ciências pela USP e trabalhou em diferentes instituições como InCor/HCFMUSP, UPenn e EyeNetra.

Shridhar Jayanthi

Shridhar Jayanthi é agente de patentes com registro no escritório de patentes norte-americano (USPTO). Tem doutorado em engenharia elétrica pela Universidade de Michigan (EUA) e diploma de engenheiro de computação pelo ITA. Atualmente, trabalha com empresas de alta tecnologia para facilitar obtenção de patentes e, nas (poucas) horas vagas, é estudante de problemas na intersecção entre direito, tecnologia e sociedade. Antes disso, teve uma vida acadêmica com passagens pela Rice, MIT, Michigan, Pennsylvania e no InCor/USP, e trabalhou com pesquisa em áreas diversas da matemática, computação e biologia sintética.

Guilherme Pimentel

Guilherme Pimentel é pesquisador no instituto de física da Universidade de Amsterdã na Holanda, onde trabalha com novas teorias para explicar a expansão acelerada do Universo. Possui graduação em engenharia eletrônica, mestrado em física pelo ITA (Instituto Tecnológico de Aeronáutica) e doutorado em física na Universidade de Princeton. Sua pesquisa é focada em cosmologia e física de partículas.

Luiz Gustavo Martins

Luiz Gustavo Martins é engenheiro químico, mestrado em física pela Universidade Federal de Minas Gerais (UFMG). Atualmente é doutorando no MIT (Massachusetts Institute of Technology), na área de física do estado sólido experimental, onde trabalha espectroscopia óptica em materiais bidimensionais (com poucos átomos de espessura) e física de altas pressões.

Cristina Schultz

Cristina Schultz é oceanógrafa formada pela USP (Universidade de São Paulo), com mestrado em meteorologia pelo INPE (Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais) e doutorado em oceanografia química pelo WHOI (Woods Hole Oceanographic Institution) e o MIT (Massachusetts Institute of Technology). Atualmente é cientista visitante na Universidade de Princeton, no NOAA (National Oceanic and Atmospheric Administration) e no Geophysical Fluid Dynamics Laboratory (Laboratório de Dinâmica de Fluidos Geofísicos). Sua pesquisa combina o uso de dados coletados em cruzeiros oceanográficos, dados de satélite e modelos climáticos para entender as consequências das mudanças climáticas na química do oceano e no ecossistema marinho.

Luiz Martins

20/07/2021 04h00

Em uma noite escura, imagine você caminhando em um parque entre plantas, flores e árvores que brilham, também chamadas de bioluminescentes. Parece uma cena do filme "Avatar" que ficou famoso pelos belos cenários do fictício mundo de Pandora, com plantas e animais que emitem luz, mas essa cena pode se tornar realidade em um futuro (assim esperamos) não tão distante.

Cientistas do Massachusetts Institute of Technology (MIT), nos Estados Unidos, desenvolveram um método capaz de fazer com que plantas comuns, como o espinafre e a couve, brilhem no escuro através da injeção de certas nanopartículas.

Nanopartículas são partículas cujas dimensões (altura, largura e comprimento) se encontram na escala nanométrica, ou seja, 1 bilhão de vezes menor que o metro ou cerca de mil vezes menores que uma célula humana.

O método ainda precisa ser aprimorado para aplicações práticas, mas os resultados são animadores.

Esse estudo realizado pelo grupo do MIT faz parte de um grande projeto chamado "Nanobionics", cujo objetivo é incorporar nanopartículas a plantas para alterar suas funcionalidades, fazendo com que elas possam brilhar no escuro, por exemplo.

Outros estudos incluem injetar nanopartículas em plantas, tornando-as capaz de detectar arsênico (composto extremamente tóxico) e explosivos no solo e transmitir essa informação através de wi-fi, ou monitorar quando a planta necessita de água. Mas esse é um assunto para colunas futuras. Voltemos às plantas bioluminescentes.

Plantas bioluminescentes são uma alternativa "brilhante", com o perdão do trocadilho, para um problema bastante real. Iluminação elétrica, gerada por lâmpadas ligadas a rede elétrica, corresponde a 19% do consumo global de energia elétrica. E como grande parte da geração de energia elétrica vem de fontes não renováveis que liberam gases estufa na atmosfera, ao usarmos lâmpadas também estamos contribuindo para o aquecimento global. Por exemplo, a energia consumida para iluminação corresponde a 70% das emissões de gases estufa por veículos leves de passageiros do mundo.

Dado esse cenário, é preciso encontrar alternativas para geração de luz que não precisem de energia elétrica. Plantas bioluminescentes são uma excelente alternativa pois elas usam sua própria energia química —energia armazenada nas ligações químicas das moléculas formadas após fotossíntese— para gerar luz visível, não necessitando portando de energia elétrica. É geração de luz através de ''baterias'' que não precisam ser recarregadas!

Como plantas conseguem brilhar no escuro?

Nesse trabalho, a luz emitida pelas plantas é gerada através de uma reação química: uma molécula chamada luciferina reage com oxigênio e ATP, a "moeda de energia" da planta, na presença de uma enzima chamada luciferase (enzimas são estruturas biológicas capazes de acelerar certas reações químicas), gerando luz e outros subprodutos.

Essa dupla luciferase & luciferina (sugestão de nome para uma eventual dupla sertaneja) é a responsável pela luz emitida pelos vaga-lumes e por algas bioluminescentes encontradas em alguns lugares do mundo como em Porto Rico, que fazem com que a água do mar brilhe a noite.

Mas as plantas não produzem luciferina e luciferase naturalmente. Uma solução para isso é modificá-las geneticamente para que elas passem a produzir a enzima luciferase, como foi feito no primeiro trabalho sobe o assunto.

Mas a modificação genética de plantas não é um processo trivial e em geral é limitada a poucas espécies.

Uma alternativa é introduzir a luciferase e luciferina diretamente nas plantas usando nanopartículas. Essa foi a estratégia adotada pelos cientistas do MIT.

Nesse trabalho, nanopartículas foram usadas como meio de transporte para levar as moléculas de luciferase e luciferina para dentro das folhas, algo como um "nano taxi" que leva essas moléculas até destinos específicos na folha. Vamos ao processo.

Os cientistas sintetizaram um tipo de nanopartícula contendo luciferase e um outro tipo de nanopartícula contendo luciferina.

As plantas (rúcula, agrião, couve e espinafre) foram então imersas em uma solução contendo ambas nanopartículas e, em seguida, submetidas a uma pressão grande o suficiente para que as nanopartículas entrassem pelos poros das folhas (chamados estômatos).

Cada nanopartícula foi projetada para levar a luciferina ou a luciferase em seu interior para regiões específicas no interior da planta, através de alterações no diâmetro das nanopartículas e carga elétrica em sua superfície.

As nanopartículas transportando a luciferase eram menores, capazes de penetrar as células no interior da folha, nas regiões ricas em ATP (lembre-se que a reação precisa de ATP para ocorrer).

Já as nanopartículas transportando a luciferina eram maiores, não conseguindo penetrar nas células e permanecendo no espaço entre elas.

Essas nanopartículas liberam gradualmente a luciferina, que então se difunde para o interior das células onde estão a luciferase e o ATP. Uma vez que a luciferina e luciferase se encontram no interior das células, a reação química ocorre e luz é gerada.

É particularmente importante que as moléculas de luciferina sejam liberadas pelas nanopartículas lentamente, caso contrário, a reação ocorreria "de uma vez só" e não teríamos um brilho duradouro.

Tal estratégia de se usar nanopartículas liberando substâncias controladamente, vem sendo bastante utilizada na fabricação de medicamentos que precisam ser liberados lentamente no organismo.

A luz emitida pelas plantas nesse estudo ainda é pouco intensa para aplicações práticas e desde esse primeiro estudo, os cientistas do MIT continuam pesquisando formas de otimizar o processo.

Uma maneira é através da injeção de outras nanopartículas que funcionam como os capacitores usados em eletrônica, armazenando a energia gerada por picos de bioluminescência e liberando essa energia lentamente, também em forma de luz, o que estende a emissão de luz pela planta de horas para dias e semanas.

Um outro foco do grupo é injetar essas nanopartículas em plantas maiores, como árvores.

De acordo com o professor Michael Strano, líder do grupo do MIT:

"O projeto das Plantas Emissoras de Luz está avançando rapidamente. Estamos descobrindo novas ferramentas de nanotecnologia que nos permitem armazenar e gerar quantidades cada vez maiores de luz da planta. Escalonamos algumas etapas do processo para plantas excepcionalmente grandes e aumentamos consideravelmente a emissão de luz.''

Plantas bioluminescentes iluminando o interior de ambientes seriam uma alternativa para tornar prédios e casas mais sustentáveis.

Essa ideia foi demonstrada inclusive, em uma exposição com plantas bioluminescentes que durou 33 semanas em Nova York, o que mostra que a ciência está nos aproximando, aos poucos, da realidade fantástica de Avatar.

** Este texto não reflete, necessariamente, a opinião do UOL