Pesquisadores do CNPEM (Centro Nacional de Pesquisa em Energia e Materiais), em Campinas (SP), desvendaram um mecanismo sofisticado que a bactéria causadora do cancro cítrico utiliza para atacar plantações. A revista Science publicou a descoberta inédita que promete revolucionar o controle de uma doença responsável pela erradicação de 16 milhões de árvores e prejuízos de bilhões de dólares aos produtores globais.
Mario Murakami, diretor do LNBR e coordenador das pesquisas no CNPEM. Divulgação
A Xanthomonas citri, bactéria que causa o cancro cítrico, “hackeia” as plantas cítricas para alimentar sua própria proliferação. O patógeno ativa um gene chamado CsLOB1, naturalmente associado ao amadurecimento de frutos, forçando a planta a liberar açúcares das paredes celulares que servem como combustível para a multiplicação bacteriana.
A pesquisa demonstra que a bactéria injeta uma proteína chamada PthA4 nas células vegetais. Esta proteína “liga” o gene CsLOB1 fora do contexto natural dos frutos. A planta então produz enzimas que degradam sua própria parede celular, liberando carboidratos como glicose, frutose e xilose.
“A descoberta desse mecanismo tem o potencial de gerar um impacto econômico no mundo e, em especial, no Brasil, que representa mais de 75% de todo o comércio mundial de suco de laranja”, afirma Mario Murakami, diretor do LNBR e coordenador das pesquisas no CNPEM.
CNPEM lidera análises cruciais do estudo
A University of Tübingen, da Alemanha, lidera o estudo internacional e convidou o CNPEM para participar devido à sua excelência em pesquisas sobre metabolismo de carboidratos desenvolvidas nos últimos 15 anos. O centro brasileiro conquistou referência mundial na área.
O Laboratório Nacional de Biorrenováveis (LNBR) do CNPEM conduziu análises genômicas e bioquímicas que identificaram as enzimas envolvidas na degradação da parede celular. A equipe também interpretou a rede metabólica que a Xanthomonas ativa, detalhando o impacto energético dessa exploração sobre a planta.
O estudo revelou ainda que a bactéria utiliza simultaneamente dois sistemas de secreção: um desativa as defesas da planta enquanto o outro libera enzimas degradadoras. Esta sinergia intensifica a infecção.
Aplicações práticas para a agricultura
Os resultados abrem caminho para estratégias de controle mais eficazes. Os cientistas consideram criar citros geneticamente modificados com versões do gene CsLOB1 que a bactéria não consegue ativar. Outra possibilidade envolve desenvolver moléculas capazes de interromper a liberação ou o consumo de açúcares que alimentam as bactérias.
A descoberta transcende a citricultura. Os pesquisadores encontraram indícios de que mecanismos semelhantes operam em tomateiros, o que sugere que este controle molecular existe em outras espécies vegetais. O processo de amadurecimento de frutos se conserva em diversas plantas, o que pode beneficiar toda a fruticultura.
O Ministério da Ciência, Tecnologia e Inovação (MCTI) e a Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (Fapesp) apoiaram o desenvolvimento da pesquisa no Brasil.
O Brasil possui 100 milhões de hectares (ha) de áreas de pasto degradados, equivalentes a quatro vezes a extensão territorial do Estado de São Paulo. Se pouco mais de 30% dessa área – 36 milhões de ha – fosse usada para expandir o plantio de cana-de-açúcar, milho e soja voltado, especificamente, para produção de bioenergia, seria possível gerar 6,8 exajoules (EJ) de energia por ano, equivalentes ao total de energia renovável produzida mundialmente hoje. O impacto ambiental seria neutro ou negativo, dependendo da região, porque o plantio dessas culturas energéticas nessas terras degradadas promoveria a fixação de carbono no solo.
Pesquisadores do Laboratório Nacional de Biorrenováveis (LNBR), do Centro Nacional de Pesquisa em Energia e Materiais (CNPEM), em Campinas (SP), elaboraram as estimativas.
Mário Murakami, diretor do LNBR, apresentou parte dos resultados do trabalho — já submetido para publicação — durante uma mesa-redonda sobre a bioeconomia como impulsionadora da neoindustrialização e da transformação ecológica da economia brasileira. O Evento aconteceu segunda-feira (17/11) em evento na Casa da Ciência, no Museu Emilio Goeldi, em Belém. E foi realizado paralelamente à 30ª Conferência das Nações Unidas sobre as Mudanças Climáticas (COP30).
“A conversão dessas terras degradadas em lavouras de culturas energéticas pode ter impacto global. Vai contribuir muito para a transição energética do Brasil e do mundo para a bioeconomia. E atingir a meta estabelecida nessa COP de quadruplicar a produção de biocombustíveis globalmente até 2035. Incluindo biocombustíveis líquidos, biogás e hidrogênio de baixa emissão”, disse Murakami à Agência FAPESP.
Método
Para chegar à estimativa de 100 milhões de hectares de terras degradadas no país, os pesquisadores utilizaram imagens obtidas por meio de mapeamento de satélite de alta resolução e definiram uma série de critérios, como não estarem situadas em áreas de preservação ecológica, próximas de floresta nativa, de nascente de água ou na transição do Cerrado com a Amazônia.
“Fomos bastante restritivos para garantir que essas áreas realmente não vão afetar o sistema hídrico, a disponibilidade de água e, muito menos, mata nativa, respeitando toda a legislação ambiental vigente”, afirmou Murakami.
“Por isso que, do total de 100 milhões de hectares de terras degradadas, somente 36 milhões foram considerados para o plantio de culturas para produção de bioenergia. E os 64 milhões de hectares restantes poderiam ser resguardados para reflorestamento”, explicou.
Além disso, a análise considerou a logística do cultivo dessas culturas energéticas em terras degradadas conforme a localização, para integrá-las às cadeias produtivas regionais de bioenergia.
“Talvez em uma determinada região faça mais sentido cultivar milho e soja e em outra cana-de-açúcar. Isso tudo foi muito bem mapeado no trabalho com o intuito de indicar, especificamente, qual cultura se encaixa melhor em cada região do país. Uma vez que cada uma tem suas especificidades de restrições, oportunidades e vantagens”, disse Murakami.
De acordo com o pesquisador, a área total de cultivo de cana-de-açúcar no Brasil hoje ocupa 9 milhões de hectares. A expansão do plantio dessa e de outras culturas energéticas nos 36 milhões de hectares de pastos degradados permitiria triplicar a produção de bioenergia no país.
“O Brasil tem o potencial de triplicar sua produção de bioenergia usando somente uma pequena parcela das terras degradadas e mantendo mais da metade para o reflorestamento.”
Vantagens comparativas
Na avaliação do pesquisador, o Brasil apresenta uma série de vantagens comparativas que tornam o país um concorrente imbatível em matéria de bioeconomia. Uma dessas vantagens aparece no fato de que mais de 90% da energia elétrica do país vem de fontes renováveis, enquanto no restante do mundo predomina o uso de fontes não renováveis.
Foto: Divulgação – Biosul
A disponibilidade dessa energia elétrica renovável permite gerar hidrogênio para produzir combustível sustentável de aviação (SAF, na sigla em inglês). Uma alternativa ao querosene de aviação tradicional, produzido a partir de fontes renováveis como óleos vegetais, gorduras animais, resíduos agrícolas e lixo, sem despacho fóssil. Ou seja, com pegada de carbono zero, avaliou Murakami.
“O Brasil é o único país que consegue produzir hidrogênio de baixo carbono sem despacho fóssil, porque usa energia renovável para isso. O mundo inteiro vai depender de despacho fóssil adicional para produzir hidrogênio, que é um insumo central para produzir SAF”, comparou.
Biomassa
Outra vantagem do país é a disponibilidade de biomassa lignocelulósica. O país produz hoje mais de meio bilhão de toneladas desse insumo, que não compete com alimento. Desse total, 200 milhões de toneladas estão disponíveis na indústria. Já prontas para serem biotransformadas e convertidas em escala para produção de combustíveis, nutrição animal, cosméticos ou em qualquer molécula obtida hoje por meio do petróleo, a partir de energia renovável, apontou Murakami.
“Nenhum lugar no mundo tem essa biomassa cativa. Os Estados Unidos produzem muita biomassa, só que ela está disponível no solo das fazendas. No Brasil, essa biomassa já está na indústria, é limpa, abundante e de baixo custo. Isso permite reduzir em duas a três vezes o custo do produto final”, afirmou.
Além disso, o país já possui toda uma cadeia produtiva instalada baseada em culturas de bioenergia, como a da cana-de-açúcar, sublinhou Murakami.
“Esse é um grande diferencial e muda completamente o cenário. Não tem como competir com o Brasil em produção de bioenergia, em bioeconomia, com as vantagens comparativas que temos hoje.”
Alguns dos obstáculos, contudo, para o país avançar nessa área são as tecnologias, em grande parte importadas, para desconstruir a celulose da biomassa. Que é extremamente recalcitrante à despolimerização biológica. Por isso, a missão do LNBR é codesenvolver e compartilhar riscos com a indústria nacional para desenvolver tecnologias que possibilitem a soberania tecnológica, explicou o pesquisador.
“Nosso papel não é competir com as indústrias, mas dar opções de escolha de tecnologias nacionais ou importadas para elas.”
Inspiração na biodiversidade
Para superar as barreiras tecnológicas para conversão da biomassa disponível no Brasil em produtos de interesse econômico, os pesquisadores do LNBR têm procurado alternativas na biodiversidade brasileira.
Por meio de trabalhos de bioprospecção, eles encontraram em amostras de solo recoberto por bagaço de cana-de-açúcar um novo filo bacteriano que permitiu mudar o paradigma do metabolismo da celulose, o polímero mais abundante da natureza.
Por meio de análises realizadas em uma das linhas de feixe do Laboratório Nacional de Luz Síncrotron do CNPEM – acelerador circular de partículas carregadas (elétrons) que gera uma radiação, chamada de luz síncrotron, que permite investigar a composição e a estrutura da matéria na escala dos átomos e das moléculas –, eles conseguiram elucidar o mecanismo da enzima e aplicá-la em escala industrial, em reatores de 300 litros.
O artigo publicado em fevereiro deste ano na revista Nature apresentou o trabalho. (leia mais aqui)
“Conseguimos mostrar que essa enzima representa uma das maiores revoluções nos últimos 20 anos em termos de aplicação industrial. Isso em comparação com outras descobertas de biocatalisadores. E que ela possibilita um ganho de mais de 20% [na conversão de biomassa]”, afirmou Murakami.
“Isso é um exemplo concreto do valor da biodiversidade e por que é importante a preservação de florestas”, avaliou.
A equipe integrou o resultado à plataforma de produção de coquetel enzimático mantida pelo Ministério da Ciência, Tecnologia e Inovação (MCTI). E está disponível para os cientistas, que podem codesenvolver e melhorar a tecnologia.
Pesquisadores do CNPEM desenvolveram uma embalagem antiestática feita com bagaço de cana-de-açúcar e negro de fumo. O material protege componentes eletrônicos sensíveis, como chips e semicondutores, contra descargas eletrostáticas.
Esses dispositivos estão em celulares, computadores, televisores e automóveis. Como têm alto valor, exigem embalagens especiais para evitar danos durante o transporte e armazenamento.
Criogel condutivo
Foto: Divulgação – CNPEM / Gabriele Polezi
A nova tecnologia, chamada de criogel condutivo, combina celulose vegetal com negro de fumo. Essa união forma um composto leve, poroso e com alta resistência mecânica. A inovação oferece proteção sem agredir o meio ambiente.
O criogel é uma alternativa às espumas plásticas derivadas do petróleo. Atualmente, essas espumas são amplamente usadas para proteger eletrônicos contra cargas eletrostáticas. Com a nova proposta, os pesquisadores buscam substituir os plásticos por um material sustentável e eficiente.
A revista Advanced Sustainable Systems publicou o estudo. A Fapesp financiou o projeto e os pesquisadores do LNNano, o Laboratório Nacional de Nanotecnologia do CNPEM, conduziram os estudos.
As autoras do projeto são Gabriele Polezi, Elisa Ferreira e Juliana da Silva Bernardes, com colaboração do pesquisador Diego Nascimento. O grupo já depositou a patente e busca parcerias com empresas para produção em escala industrial.
Sustentável e ajustável
Foto: Divulgação – CNPEM / Gabriele Polezi
Além de sustentável, o material tem outra vantagem: sua condutividade elétrica pode ser ajustada. Com baixa concentração de negro de fumo (1% a 5%), o criogel dissipa lentamente cargas eletrostáticas. Em concentrações acima de 10%, torna-se condutor eficiente, ideal para proteger componentes altamente sensíveis.
Segundo a pesquisadora Juliana Bernardes, coordenadora do projeto, o objetivo é substituir materiais plásticos por soluções menos poluentes. “Queremos oferecer uma alternativa sustentável para a indústria de embalagens eletrônicas”, afirma.
O criogel ainda não tem custo de produção definido, mas apresenta diversas vantagens competitivas. Entre elas estão a resistência ao fogo, a versatilidade e o uso de matérias-primas renováveis e abundantes.
A celulose pode vir de resíduos como palha de milho, cavacos de eucalipto e, principalmente, do bagaço da cana-de-açúcar. Já o negro de fumo, usado na produção de pneus, também tem histórico milenar em tintas e impressões.
Com o avanço da tecnologia, o uso de embalagens seguras e sustentáveis se torna cada vez mais necessário. De acordo com o Departamento de Comércio dos EUA, o mercado global de embalagens contra descargas eletrostáticas deve alcançar US$ 5,1 bilhões até 2026.
Sobre o CNPEM
O CNPEM é uma organização social supervisionada pelo MCTI. Atua em saúde, energia, sustentabilidade e materiais renováveis. É responsável pelo Sirius, o maior equipamento científico construído no Brasil.
O centro também lidera o Projeto Orion, voltado à pesquisa de patógenos. As atividades técnico-científicas são realizadas pelos Laboratórios Nacionais de Luz Síncrotron (LNLS), Biociências (LNBio), Nanotecnologia (LNNano) e Biorrenováveis (LNBR).
Além disso, o CNPEM mantém a Ilum Escola de Ciência, curso de bacharelado em Ciência e Tecnologia, com apoio do MEC.
Uma nova enzima descoberta em solo brasileiro pode transformar a produção de bioenergia. Em geral, o biocatalisador, identificado por pesquisadores do Centro Nacional de Pesquisa em Energia e Materiais (CNPEM), acelera a degradação da celulose, etapa essencial para a obtenção de biocombustíveis e bioquímicos. Pesquisadores do CNPEM desenvolveram o estudo em parceria com instituições da França e Dinamarca e o publicaram na revista Nature em 12 de fevereiro.
A enzima, chamada CelOCE (Cellulose Oxidative Cleaving Enzyme), foi encontrada no material genético de bactérias presentes em resíduos de biomassa. Em resumo, o seu mecanismo inovador permite gerar seu próprio co-substrato, tornando a desconstrução da biomassa vegetal mais eficiente.
Maior eficiência e impacto na indústria
Testes realizados pelo CNPEM mostraram que, ao ser combinada com enzimas industriais, a CelOCE aumentou em até 21% a liberação de glicose a partir de resíduos vegetais. Ou seja, essa melhoria pode elevar a produtividade e reduzir desperdícios no setor. Segundo a Agência Nacional do Petróleo, Gás Natural e Biocombustíveis (ANP), o Brasil produziu 43 bilhões de litros de etanol em 2023. Portanto, com essa nova tecnologia, a produção pode crescer sem expandir a área cultivada, aproveitando melhor resíduos como bagaço de cana e palha de milho.
“Essa descoberta muda o paradigma da degradação da celulose e pode revolucionar as biorrefinarias”, afirma Mario Murakami, pesquisador do CNPEM e líder do estudo. “A CelOCE abre caminho para novas rotas de produção de bioenergia, bioquímicos e biomateriais, reforçando a economia de baixo carbono e circular.”
Inovação científica e aplicação industrial
A pesquisa envolveu técnicas avançadas, como cristalografia por raios-X no Sirius, acelerador de partículas brasileiro, e engenharia genética com CRISPR-Cas9. Segundo Antonio José Roque da Silva, diretor-geral do CNPEM, a combinação dessas tecnologias foi essencial para desvendar o mecanismo inédito da CelOCE. “Esse trabalho ilustra o impacto da integração entre diferentes áreas científicas no CNPEM”, destaca.
Além da aplicação na produção de bioenergia, a CelOCE, com sua estrutura minimalista de apenas 115 aminoácidos, pode abrir caminho para o desenvolvimento de enzimas sintéticas e até soluções para reciclagem de plásticos.
Os pesquisadores já depositaram a patente da enzima e o processo de licenciamento está em andamento. Ou seja, o uso industrial pode começar entre um e quatro anos, dependendo da tecnologia aplicada.
Sobre o CNPEM
O CNPEM é uma organização social supervisionada pelo Ministério da Ciência, Tecnologia e Inovação (MCTI). Com laboratórios de ponta, atua nas áreas de saúde, energia, materiais renováveis e sustentabilidade. Além de operar o Sirius, maior equipamento científico do Brasil, o centro desenvolve o Projeto Orion, dedicado a pesquisas avançadas em patógenos. Em resumo, suas atividades incluem os Laboratórios Nacionais de Luz Síncrotron (LNLS), Biociências (LNBio), Nanotecnologia (LNNano) e Biorrenováveis (LNBR), além da Ilum Escola de Ciência, um curso de bacharelado em Ciência e Tecnologia apoiado pelo Ministério da Educação (MEC).
