Plantas produzem β-caseína para produtos lácteos sem vacas

E se a proteína responsável pelo valor nutricional, pela textura cremosa e pela capacidade de produzir queijo a partir do leite não tivesse obrigatoriamente de vir de uma vaca, podendo ser cultivada numa planta comum?

Uma nova investigação aproxima de forma relevante essa possibilidade, ao revelar um mecanismo inteiramente inesperado através do qual as sementes das plantas conseguem fabricar e armazenar uma das proteínas mais importantes do leite.

O estudo foi liderado por Oded Shoseyov, da Universidade Hebraica de Jerusalém, em colaboração com a empresa neozelandesa Miruku.

A equipa mostrou que as plantas conseguem produzir com sucesso β-caseína, uma das principais proteínas presentes no leite de vaca.

Os investigadores verificaram que a proteína se acumulava numa zona das células vegetais que ninguém previa.

A procura de produtos lácteos sem vacas

A procura global de produtos lácteos continua a aumentar, ao mesmo tempo que se intensificam as preocupações com as emissões de gases com efeito de estufa, a utilização de terrenos e o consumo de água associados à pecuária.

Esta tensão levou os cientistas a procurar formas sustentáveis de produzir proteínas lácteas genuínas sem depender de animais.

A agricultura molecular em plantas - isto é, a transformação de culturas agrícolas comuns em pequenas fábricas de proteínas - surgiu como uma das vias mais promissoras.

Em teoria, as culturas podem ser produzidas à escala usando apenas uma fração dos recursos necessários para criar vacas leiteiras.

Contudo, fazer com que as plantas produzam proteínas do leite complexas continua a ser um obstáculo técnico importante, limitando até agora o alcance realista desta abordagem.

Para enfrentar este desafio, os investigadores modificaram sementes de Arabidopsis para produzirem β-caseína bovina ligada a uma pequena porção de uma proteína vegetal dos corpos lipídicos, denominada oleosina, que se liga aos corpos lipídicos no interior da célula vegetal.

Depois, testaram vários “endereços celulares”, encaminhando a proteína para diferentes compartimentos da célula, a fim de determinar onde se acumularia com maior eficiência.

Uma descoberta que ninguém procurava

A equipa esperava que a proteína se acumulasse em vacúolos especializados de armazenamento, os compartimentos celulares normalmente utilizados para este tipo de reserva.

A microscopia eletrónica avançada revelou, porém, algo totalmente diferente.

Em vez de se instalar no compartimento de armazenamento previsto, a proteína do leite formou estruturas ricas em proteínas que não tinham sido reconhecidas anteriormente.

Estas estruturas assemelhavam-se muito a micelas naturais de caseína agrupadas em torno de pequenos corpos lipídicos dentro das células das sementes.

Os agregados inesperados de proteína e óleo acumularam-se com sucesso, enquanto as sementes mantiveram uma germinação normal.

Este fenómeno sugere que as plantas poderão dispor de uma via alternativa, até agora não identificada pelos cientistas, para armazenar proteínas complexas.

Quando a natureza surpreende

As plantas com melhor desempenho produziram β-caseína em níveis de cerca de 1,26% da proteína solúvel total das sementes - um rendimento substancialmente superior ao de muitas tentativas anteriores de produzir caseína em plantas.

“Um dos aspetos mais entusiasmantes da ciência é quando a natureza nos surpreende”, afirmou Shoseyov.

“Propusemo-nos encaminhar a proteína para um local dentro da célula, mas descobrimos que a planta tinha efetivamente criado a sua própria solução de armazenamento.”

“Compreender este comportamento inesperado dá-nos informações valiosas sobre a forma como as plantas lidam com proteínas complexas e poderá ajudar-nos a conceber sistemas mais eficientes para produzir proteínas lácteas sustentáveis no futuro.”

Implicações que vão além dos produtos lácteos

A relevância desta descoberta ultrapassa largamente as alternativas aos produtos lácteos. A agricultura molecular em plantas é uma área em rápido crescimento que utiliza culturas para fabricar proteínas de elevado valor destinadas à alimentação, à nutrição e até à medicina.

Ao compreenderem onde e por que motivo as proteínas recombinantes tendem naturalmente a acumular-se no interior das células vegetais, os investigadores poderão conseguir criar plantas com rendimentos mais elevados, simplificando simultaneamente a purificação e reduzindo os custos de produção.

Estas vantagens podem estender-se a uma ampla variedade de produtos proteicos para lá da caseína. Entre eles encontram-se proteínas terapêuticas e outros produtos biológicos de elevado valor que atualmente exigem sistemas de produção muito mais dispendiosos.

À medida que cresce a procura por fontes de proteína mais sustentáveis do ponto de vista ambiental, descobertas como esta aproximam os cientistas da produção de ingredientes lácteos verdadeiramente autênticos utilizando apenas luz solar, água e solo.

Para lá do modelo de laboratório

Os investigadores já avançaram além da demonstração inicial do conceito.

Recentemente, conseguiram transformar plantas de cártamo com as mesmas proteínas lácteas, levando a tecnologia para além da planta-modelo Arabidopsis utilizada no estudo original.

O cártamo constitui uma escolha realmente prática para ampliar esta abordagem, pois é uma cultura oleaginosa particularmente adequada a climas quentes e terrenos áridos.

A sua resistência ao calor torna-o uma opção cada vez mais relevante à medida que o aquecimento global altera as culturas que podem ser cultivadas em cada região, enquanto a procura por proteína nutricional continua a aumentar.

Esta combinação - uma cultura resistente associada a uma via de armazenamento naturalmente eficiente - poderá, eventualmente, tornar as proteínas lácteas produzidas em plantas numa opção realista muito para além das estufas de investigação.