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Petúnias geneticamente modificadas que brilham no escuro já estão disponíveis para venda nos EUA

Figura 1. Bioluminescência de uma petúnia vaga-lume em um ambiente escuro.

 
Pessoas nos EUA podem agora encomendar uma petúnia (Petunia hybrida) geneticamente modificada que emite um brilho suave e contínuo, via bioluminescência. Chamada de Petúnia Vaga-Lume (Firefly Petunia) As flores são brancas durante o dia, mas, à noite, a planta produz um notável e visível brilho verde, similar ao brilho lunar. Com um custo de US$29,90, a planta geneticamente modificada foi desenvolvimento pela empresa de biotecnologia Light Bio, em Sun Valley, Idaho. Serão 50 mil petúnias bioluminescentes disponíveis para entrega em abril deste ano. 


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O desenvolvimento das petúnias bioluminescentes foi baseado em pesquisas iniciadas na década de 1980, com destaque para a primeira planta do tipo criada em 1986: uma variação de tabaco (Nicotiana tabacum) na qual pesquisadores inseriram o gene luciferase de vaga-lumes da espécie Photinus pyralis (Fig.2). Nessa época, o objetivo era aprender conhecimentos básicos sobre expressão genética (ativação e desativação de genes), mas empresas interessadas em plantas bioluminescentes com fins de ornamentação começaram também a explorar esse campo. Porém, as primeiras plantas bioluminescentes produzidas para propósitos decorativos emitiam apenas um fraco brilho e precisavam de nutrientes especiais para alimentar a reação química responsável pela emissão de luz.


Figura 2. Reação de bioluminescência mediada pela enzina luciferase. Em (A), esquema da reação envolvendo a oxidação da d-luciferina (L) catalisada pela luciferase (E) e com energia fornecida pela adenosina trifosfato (ATP). AMP é adenosina monofosfato, PP é pirofosfato, e L=O é oxiluciferina. Inicialmente, a d-luciferina é ativada via interação com íon magnésio acoplado com ATP (Mg-ATP) para permitir a ligação enzimática entre adenilato de d-luciferina e pirofosfato. O segundo passo é uma de-carboxilação oxidativa que produz oxiluciferina em um estado eletronicamente excitado. A oxiluciferina excitada retorna ao estado fundamental via emissão de um fóton (λem = 565 nm), produzindo o brilho verde característico dos vaga-lumes com alto rendimento quântico de ~0,9 (a 25°C e pH 7,8). Em (B), estrutura molecular da luciferina envolvida e, em (C), estrutura molecular da oxiluciferina. A reação proposta é baseada na espécie de vaga-lume Photinus pyralis (D). Ref.2

A petúnia vaga-lume sendo agora comercializada não precisa do fornecimento de nutrientes especiais graças a um grupo de genes do cogumelo bioluminescente Neonothopanus nambi (Fig.3). O fungo alimenta sua reação de emissão de luz com a molécula de ácido cafeico, esta a qual também é produzida por plantas terrestres (Ref.3). Ao inserir genes desse cogumelo na petúnia, pesquisadores tornaram possível para a planta produzir enzimas que podem converter ácido cafeico na molécula emissora de luz luciferina e então reciclá-la de volta em ácido cafeico - permitindo bioluminescência sustentada. 


Figura 3. Fungo Neonothopanus nambi sob luz natural e no escuro, onde podemos ver o brilho verde resultante de bioluminescência. Assim como em vaga-lumes, a reação bioluminescente nessa espécie de fungo envolve oxidação de uma luciferina por oxigênio molecular (O2) catalisada pela enzima luciferase; pH ótimo para a reação de bioluminescência é 8,0 na N. nambi


Figura 4. Fungo N. nambi no ambiente natural, onde podemos ver sua notável bioluminescência.


Figura 5. A petúnia vaga-lume brilha de forma contínua, emitindo um brilho verde bem visível no escuro, com a ajuda de um conjunto de genes do fungo N. nambi.

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> Importante apontar que existem diferentes luciferinas, moléculas que emitem luz quando enzimaticamente oxidadas. Um total de 9 e de 7 famílias de genes para luciferinas e luciferases, respectivamente, têm sido descritas, entre pelo menos 40 sistemas bioluminescentes pensados de existir na natureza. Aproximadamente 100 espécies fúngicas da ordem Agaricales emitem luz utilizando a mesma reação bioquímica do fungo N. nambi. É incerto o porquê desses fungos emitirem luz, mas suspeita-se que seja para atrair insetos que atuam como dispersadores de esporos fúngicos. Ref.5


> Vídeo da Light Bio mostrando as petúnias vaga-lumes: acesse aqui.

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Para manter a bioluminscência da petúnia vaga-lume sempre viva e com o máximo de brilho, basta cuidar bem da planta como feito para uma petúnia tradicional, fornecendo luz solar suficiente, água e terra adubada. À medida que as folhas envelhecem, o brilho é gradualmente reduzido. Partes de rápido crescimento da planta, como brotos de flores e folhas, são as que mais brilham. A petúnia floresce sob longos dias de verão, preferindo pelo menos 6 horas de exposição direta à luz solar. Promoção de um crescimento vigoroso irá produzir um brilho mais forte.


A petúnia geneticamente modificada foi aprovada pelo Departamento de Agricultura dos EUA em setembro do ano passado (Ref.6). A escolha da petúnia em particular para a modificação genética e comercialização foi primariamente baseada no fato de que essa é uma planta ornamental amplamente usada nos EUA e de fácil cuidado. Além disso, a petúnia P. hybrida não é nativa da América do Norte e não é considerada uma espécie invasiva, reduzindo o risco de disseminar os genes modificados para plantas nativas.


REFERÊNCIAS

  1. https://www.nature.com/articles/d41586-024-00383-3
  2. Adcock et al. (2019). Luminescence | Overview. Encyclopedia of Analytical Science (Third Edition), Pages 270-280. https://doi.org/10.1016/B978-0-12-409547-2.11027-3
  3. Mitiouchkina et al. (2020). Plants with genetically encoded autoluminescence. Nature Biotechnology, 38(8), 944–946. https://doi.org/10.1038/s41587-020-0500-9
  4. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC7946651/
  5. Sarkisyan et al. (2018). Genetically encodable bioluminescent system from fungi. PNAS, 115 (50) 12728-12732. https://doi.org/10.1073/pnas.18036151
  6. https://www.aphis.usda.gov/aphis/newsroom/stakeholder-info/sa_by_date/sa-2023/rsr-light-bio-petunia

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