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OPINIÃO

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Até por e-mail: cientistas fazem planta enviar alerta sobre perigos no solo

Brett Jordan/ Unsplash
Imagem: Brett Jordan/ Unsplash
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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

03/10/2021 04h00

Você está andando em um terreno desconhecido em uma zona de conflito, seu celular vibra. Você olha para a tela e vê um e-mail vindo de uma planta próxima a você (sim, de uma planta), alertando sobre a presença de explosivos no solo, possivelmente uma mina terrestre. Por mais assustadora que seja essa informação, ela é essencial para você tomar uma ação adequada.

Nesse cenário fictício, uma informação obtida e transmitida em tempo real por uma planta poderia salvar a sua vida. Quão futurista é esse cenário? Seria possível estabelecer esse tipo de comunicação entre plantas e seres humanos?

O cenário ainda é futurista, mas esse tipo de comunicação entre plantas e humanos é possível sim.

Em 2016, cientistas do Massachusetts Institute of Technology (MIT), nos Estados Unidos, publicaram um estudo em que demonstraram que ao se injetar certas nanopartículas chamadas nanotubos de carbono em plantas de espinafre, essas plantas se tornam sensores de explosivos presentes na água do subsolo, podendo transmitir essa informação para dispositivos eletrônicos, como smartphones, em sua proximidade.

Os resultados desse estudo podem não se aplicar diretamente ao Brasil (temos muitos problemas mas minas terrestres não são um deles), o que não diminui a sua importância.

Já um estudo mais recente, publicado no final de 2020 pelo mesmo grupo, pode levar a aplicações mais próximas à nossa realidade. Nesse trabalho, os pesquisadores demonstraram que ao se injetar nanotubos de carbono em três espécies distintas de plantas, é possível fazer com que elas detectem arsênio no solo.

Compostos de arsênio são extremamente tóxicos para seres humanos e para o ecossistema, e o Brasil possui regiões com histórico de contaminação de arsênio no solo e nas águas.

Ambos estudos fazem parte do Projeto Plant Nanobionics, cujo objetivo é incorporar nanopartículas (como os nanotubos de carbono) a plantas para alterar suas funcionalidades, por exemplo, fazendo-as emitir luz como já discuti aqui na coluna.

Mas o que são nanotubos de carbono?

Nanotubos de carbono são, como o nome diz, tubos feitos de carbono cujo diâmetro se encontra na escala nanométrica, ou seja, 1 bilhão de vezes menor que o metro, ou cerca de 10.000 a 100.000 vezes mais finos que um fio de cabelo.

A ''parede'' desses tubos também é extremamente fina, tendo geralmente poucos ou mesmo um átomo de espessura.

Nanotubos de carbono são exemplos de nanomateriais que vem sendo estudados para diversas aplicações tecnológicas, entre elas, reforçar e detectar rachaduras no cimento ou em membranas para dessalinização da água.

O Brasil tem, inclusive, referências mundiais no estudo de nanotubos de carbono, como os cientistas Marcos Pimenta e Antônio Gomes, como mostrado na série de Tilt Made in Brazil.

Os nanotubos de carbono também vêm sendo amplamente utilizados como detectores de compostos químicos. Mas antes de entender como, vamos entender o porquê de se usar plantas para detectar explosivos e substâncias tóxicas no solo.

Vamos focar no caso do arsênio.

A exposição a longo prazo de arsênio em seres humanos está associada a diversos problemas como lesões na pele, doenças cardiovasculares e vários tipos de câncer como de bexiga e pulmão.

Atividades como mineração, utilização de agrotóxicos contendo arsênio e irrigação de plantações com água contaminada com arsênio levaram a um acúmulo de arsênio nas águas subterrâneas e em solos usados na agricultura em diversos locais do mundo.

As plantas podem absorver esse arsênio e transmiti-lo para nós, quando as ingerimos. Portanto, é preciso monitorar e quantificar a presença desse composto no solo.

Os métodos de monitoramento comumente utilizados requerem coleta de plantas, tratamento das amostras e análises com grandes equipamentos — um processo caro e trabalhoso.

Portanto, plantas capazes de detectar arsênio e transmitir essa informação em tempo real através de injeção de nanopartículas representam um enorme avanço.

E como os nanotubos conseguem detectar essas substâncias e transmitir a informação?

Quando iluminados, os nanotubos estudados emitem luz infravermelha, que são ondas eletromagnéticas imperceptíveis ao olho humano. Esses nanotubos são primeiramente revestidos com polímeros, enormes moléculas que se enrolam em torno do nanotubo.

Esses nanotubos + polímeros são injetados nas folhas da planta, com o auxílio de uma seringa. A planta então captura os componentes químicos que se deseja monitorar no solo (arsênio ou explosivos) pela raiz, e esses componentes sobem pela planta até chegar as folhas, onde encontram com os nanotubos + polímeros.

A detecção acontece quando os compostos químicos se ligam ao polímero envolto no nanotubo: isso faz com que a intensidade da luz infravermelha emitida pelo nanotubo mude (essa mudança é explicada por mecânica quântica).

A luz emitida pelo nanotubo pode então ser detectada por uma câmera similar à encontrada em smartphones, localizada próxima à planta.

Dessa forma, ao se monitorar a variação da intensidade da luz infravermelha que chega na câmera, comparada com a luz vinda de outros nanotubos cujos compostos não se ligaram —usados como referência, pode-se monitorar diretamente a presença desses compostos químicos na folha. E esse sinal pode, por exemplo, ser convertido para enviar um e-mail quando a quantidade do composto químico estiver acima do permitido.

O interessante é que se pode enrolar o nanotubo com polímeros específicos, que vão se ligar aos compostos que se deseja detectar.

Por exemplo, para detectar arsênio os pesquisadores enrolaram o nanotubo com DNA (sim, DNA) já que o arsenito (forma predominante do arsênio nos solos estudados) forma fortes ligações de hidrogênio com o DNA.

Já para detectar os explosivos, os nanotubos foram envoltos por polímeros chamados bombolitin, que se ligam às moléculas presentes em explosivos como o TNT.

Portanto, outras toxinas ou compostos podem em princípio ser detectados, basta selecionar o polímero correto. E conforme os estudos, vale ressaltar que os nanotubos não são tóxicos para a planta.

Essa tecnologia pode ser otimizada para, por exemplo, monitorar a qualidade da água em cidades e em plantações no campo.

Esse é mais um exemplo de como a ciência e a (nano)tecnologia andam lado a lado para transformar a nossa realidade.

Até o próximo texto!

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