Edição gênica melhora a digestibilidade do feijão

Uma equipe de pesquisadores da Embrapa realizou, pela primeira vez, a edição gênica em feijão para o desenvolvimento de uma nova variedade com menos fatores antinutricionais, ligados a um grupo de substâncias chamado rafinose, um tipo de composto conhecido por causar desconforto digestivo e flatulência em humanos. Os cientistas conseguiram eliminar genes relacionados à produção de oligossacarídeos (carboidratos) da família rafinose, a partir do conhecimento do genoma do feijão e do domínio de ferramentas de engenharia genética de sistemas CRISPR (sigla em inglês para Repetições Palindrômicas Curtas Agrupadas e Regularmente Interespaçadas).

Dois genes do genoma da planta foram desativados, de acordo com os pesquisadores da Embrapa Arroz e Feijão (GO) em Biologia Molecular Josias Correa e Rosana Vianello, coordenadores do estudo inédito. Vianello conta que a pesquisa analisou os teores de oligossacarídeos do grupo rafinose em diferentes tecidos e fases de desenvolvimento da planta de feijão. Essas informações foram avaliadas em relação ao conhecimento já produzido pelo estudo do genoma do feijão, sequenciado há quase dez anos.

O objetivo foi conhecer o padrão de expressão dos genes alvo potenciais que estariam por trás da biossíntese de rafinose. Nesse processo, os pesquisadores investigaram o padrão de expressão de genes, e dois deles, rafinose e estaquiose – outro oligossacarídeo de difícil digestão –, foram identificados e inativados. Esses genes tiveram sua expressão bloqueada, por meio da adaptação de ferramentas de edição gênica de sistemas CRISPR.  

Vianello considera que a técnica CRISPR é revolucionária para edição gênica. “No caso de características relacionadas à qualidade tecnológica e nutricional de grãos, a técnica emerge como uma importante ferramenta para editar genes específicos e, com isso, realizar um melhoramento de precisão, abrindo novas perspectivas para o desenvolvimento de variedades mais atrativas para produtores e consumidores”, afirma.

Equipe responsável pelo trabalho: pesquisadores Josias Correa e Rosana Vianello e o bolsista Dener Lucas dos Santos. Foto: Rodrigo Peixoto

Gerações de plantas editadas

Segundo a pesquisadora, a próxima etapa desse estudo, já em andamento, é o avanço de gerações de plantas editadas com os genes da rota de rafinose desativados. Isso implica, em ambiente controlado de casa de vegetação, o plantio de sementes, o crescimento de plantas, a colheita e o replantio de sementes. A intenção, como em todo processo de melhoramento genético, é tornar estável a herdabilidade da nova característica.

“A geração editada T0 está produzindo sementes T1. Vamos plantar T1 e esperamos que a edição seja transmitida para a próxima geração. Somente com o avanço das gerações, de T1 para T2 e de T2 para T3, teremos as edições em homozigose (o que torna a característica editada com herdabilidade estável) e poderemos avaliar o fenótipo das plantas (conjunto de características resultante da interação com o ambiente), além de testar linhagens em diferentes locais que poderão se tornar uma nova variedade”, destaca Vianello.

A partir dos testes de fenotipagem é que também poderá ser determinado o quão significativa foi a redução da presença de teores de rafinose no grão de feijão. Todo esse trabalho pode levar ao lançamento de uma variedade editada geneticamente em um período entre cinco a oito anos.

Essa pesquisa faz parte de um projeto intitulado: “Desenvolvimento e aplicação de novas soluções biotecnológicas no melhoramento genético do feijão-comum”, financiado pelo Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq), sob a liderança do pesquisador da Embrapa Recursos Genéticos e Biotecnologia Francisco Aragão.

Sistema digestivo humano não digere moléculas da família rafinose

O feijão é fonte de aminoácidos, fibras e minerais importantes para a saúde. Apesar disso, o grão, assim como outros alimentos, possui fatores antinutricionais, a exemplo de ácido fítico, taninos e carboidratos do tipo oligossacarídeos, do qual a família da rafinose faz parte. O sistema digestivo humano não produz as enzimas necessárias para digerir moléculas da família rafinose.

Apesar disso, existem microrganismos no trato intestinal capazes de digeri-la, mas, nesse processo, a fermentação pode resultar na produção de dióxido de carbono, hidrogênio e metano, que são componentes causadores de flatulência. Além do feijão, outros alimentos que também contêm rafinoses são lentilhas, repolho, brócolis, aspargo, couve-de-bruxelas e grãos integrais.

Uma das alternativas mais comuns para melhorar a digestão, no caso do feijão, é o que se pode fazer em casa: colocar os grãos de molho de um dia para o outro e trocar a água de imersão. A pesquisa realizada reduz fatores antinutricionais como as rafinoses, uma vez que houve a eliminação de genes na planta que acionam a rota de produção desses compostos.  

“Tesoura molecular” para cortar DNA

A engenharia genética ganhou nova perspectiva a partir de sistemas baseados em CRISPR. O processo de edição de material genético passou a ser mais ágil e preciso, abrindo possibilidades para a geração de novos produtos, não apenas na alimentação, mas também cultivares e bioinsumos que podem ajudar a combater pragas e doenças no campo ou tornar plantas mais tolerantes ao veranico, por exemplo.

O conhecimento que possibilita usar sistemas CRISPR, uma espécie de guia para as pesquisas atuais, é fruto de um trabalho publicado em 2012 por duas cientistas: Emmanuelle Charpentier, do Instituto Max Planck de Biologia das Infecções, e Jennifer A. Doudna, bioquímica da Universidade da Califórnia.

Elas lançaram uma espécie de passo a passo de como aplicar técnicas baseadas em CRISPR que funcionam como uma “tesoura”, sendo possível cortar uma parte específica do DNA, fazendo com que a célula produza ou não determinadas moléculas. Por causa disso, Charpentier e Doudna ganharam o Prêmio Nobel de Química de 2020.