Processos bioracionais na descoberta e desenvolvimento de biopesticidas
2 de julho de 2018 As empresas agroquímicas estão expandindo seus portfólios e P&D de biopesticidas, impulsionadas por requisitos regulatórios mais rigorosos para pesticidas, pela conscientização do consumidor sobre os perigos causados por pesticidas químicos e pela eliminação gradual de pesticidas tóxicos convencionais.
Um dos desafios críticos desse processo é a descoberta e o desenvolvimento de candidatos biopesticidas.
A descoberta e o desenvolvimento de biopesticidas seguem um processo biorracional de reconhecimento/descoberta e triagem, desde o desenvolvimento de produtos principais, formulação e aumento de escala até o desenvolvimento de aplicações, fabricação e introdução comercial.
Processo bioracional: o design e a implementação de processos de descoberta e desenvolvimento de biopesticidas por meio da triagem (e conservação de) efeitos biológicos específicos (incluindo controle de pragas e patógenos, alívio do estresse das culturas e maior resiliência das plantas) contra os patógenos e pragas que pretendem controlar.
Figura 1: Processos de descoberta e desenvolvimento de biopesticidas.
Escoteiro de biopesticida
Exploração de biopesticidas: a identificação de espécies candidatas naturais com atividade biopesticida — inclui observação em campo (a identificação de plantas que apresentam crescimento natural excepcional ou respostas de defesa contra pragas), bem como indicadores etnobotânicos, anatômicos e fisiológicos para identificar potenciais candidatos.
Etnobotânica: o estudo científico do conhecimento e costumes tradicionais relativos às plantas e seus usos.
Descoberta de bioinseticida
Antecedendo o desenvolvimento de pesticidas sintéticos durante e após a Segunda Guerra Mundial, a etnobotânica de pesticidas derivados de plantas — principalmente inseticidas — remonta a pelo menos dois mil anos na Ásia e nas regiões do Mediterrâneo. Na Europa e na América do Norte, os pesticidas derivados de plantas datam de mais de 150 anos.
Um dos exemplos de bioinseticidas etnobotânicos mais citados é o uso de plantas do gênero Pyrethrum (hoje classificadas como Chrysanthemum ou Tanacetum) em preparações inseticidas, que remontam à Pérsia por volta de 400 a.C. Trazidas para a Europa no início do século XIX, flores secas e moídas de crisântemo dálmata (Tanacetum cinerariaefolium) foram usados para controlar piolhos do corpo durante as Guerras Napoleônicas. Hoje, o piretróide e seus análogos sintéticos piretroides estão entre os inseticidas biológicos e convencionais mais amplamente usados.
Neem (Azadirachta indica) é uma árvore perene nativa do subcontinente indiano, usada há milhares de anos contra pragas domésticas e de armazenamento, bem como pragas relacionadas a plantações, e atualmente atraindo atenção global devido ao seu potencial como biopesticida comercial.
Descoberta de biofungicidas
Em 1988, cientistas da Alemanha Oriental foram encarregados da produção de esporos do fungo patogênico das plantas, Esclerotinia trifoliorum, descobriu que um parasita fúngico inibia o patógeno. Reconhecendo seu potencial como um processo pesticida natural, C. minitans foi desenvolvido com sucesso como um biopesticida comercial por seus descobridores, após a reunificação da Alemanha.
A descoberta de que micróbios não patogênicos podem induzir respostas de defesa das plantas não é, sem dúvida, nova. Meu avô — famoso por suas rosas que nunca pareciam ser afligidas por mofo — seguiria dele seguindo o exemplo do avô, borrife restos de cerveja ricos em fermento sobre suas rosas.
Agora entendemos que a exposição de células de levedura fúngica às folhas das plantas leva à indução de respostas de defesa das plantas, pois as plantas acreditam estar sob invasão de um potencial patógeno fúngico.
O banco de dados de pesticidas da UE para Substâncias Básicas (substâncias com baixo perfil de toxicidade não utilizadas predominantemente para fins de proteção de plantas, mas que podem ser úteis na proteção de plantas) inclui a Cerveja como uma das únicas 18 substâncias aprovadas, enquanto uma das únicas 10 Substâncias Ativas de Baixo Risco aprovadas é a Levedura de Cerveja (Saccharomyces cerevisiae) — aprovada para uso como fungicida.
Num exemplo mais recente, os agricultores do Burkina Faso estão — juntamente com investigadores da Universidade de Copenhaga — a testar os efeitos de uma planta local (False Daisy, Eclipta alba) descobertos como contendo compostos antifúngicos, para desenvolver extratos vegetais baratos capazes de substituir fungicidas sintéticos.
A descoberta de biofungicidas está sendo conduzida atualmente usando ferramentas de biotecnologia, incluindo o monitoramento da expressão genética relacionada à defesa, proteínas relacionadas à patogênese, bioinformática (coleta, classificação, armazenamento e análise de informações bioquímicas e biológicas usando computadores) e análise genômica.
Descoberta de bioherbicidas
A descoberta de bioherbicidas normalmente envolve o estudo de processos bioquímicos específicos de plantas, incluindo fotossíntese, biossíntese de aminoácidos, biossíntese de clorofila e carotenoides e regulação do crescimento (fito-hormônios).
Nossa crescente compreensão desses processos específicos de plantas está facilitando a identificação de novos locais de ação de herbicidas, permitindo a triagem e o desenvolvimento de metabólitos bioherbicidamente ativos com baixa toxicidade em mamíferos, menor persistência ambiental e nova especificidade de alvo.
Desenvolvimento de Biopesticida Lead
No desenvolvimento de biopesticidas, micróbios isolados de microbiomas de solo e plantas associados a plantas que mostram crescimento excepcional ou respostas naturais de defesa contra pragas são sequenciados e comparados com um banco de dados de patógenos conhecidos. As correspondências são descartadas, enquanto o restante faz a transição para a triagem de bioensaios para identificar efeitos bioestimulatórios ou biopesticidas.
Os potenciais clientes são analisados e caracterizados para garantir a ausência de toxinas, antes de embarcar em um processo de testes de laboratório e campo, desenvolvimento do processo de fermentação, formulação e aumento de escala.
Cada uma das etapas neste processo de desenvolvimento biorracional está sujeita a desafios consideráveis, mas para o desenvolvimento de pesticidas biológicos a transição do laboratório para o teste de campo é uma das mais cruciais. A correlação entre um resultado de estufa e um resultado de campo não é necessariamente um dado.
Isso se deve em parte à complexidade de fatores bióticos e abióticos que afetam as características microbianas e à estabilidade transitória da formulação de metabólitos e micróbios derivados naturalmente. O último fator — degradação rápida por luz ultravioleta, oxigênio e atividade microbiana — contribui para uma persistência ambiental mais curta, um fator-chave que impulsiona a aceitação de biopesticidas.
Para produtos químicos convencionais, o tempo de desenvolvimento pode ser três vezes maior do que para o desenvolvimento de proteção biológica de cultivos, enquanto as despesas podem ser até 10 vezes maiores.
Figura 2: Custos de inovação e cronogramas para o desenvolvimento de proteção de culturas convencionais e biológicas (de: FMC – Investor Relations Solutions, 2015).
Números da indústria sugerem que o processo de P&D para um novo pesticida sintético custa mais de 250 milhões de dólares e requer 10 anos de desenvolvimento, enquanto o desenvolvimento de um biopesticida pode custar 25 milhões de dólares e exigir três anos de desenvolvimento.
Devido a essas diferenças, startups de agroquímicos e outras empresas locais inovadoras criaram um ambiente robusto e competitivo para a descoberta e o desenvolvimento de biopesticidas, e a atual onda de aquisições, colaborações e acordos de licenciamento com a indústria agroquímica tradicional testemunham uma simbiose contínua no campo de P&D de biopesticidas.
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