Cientistas da Embrapa Agroenergia desenvolveram a primeira cana-de-açúcar com edição genética e considerada não transgênica do mundo (por meio da edição do genoma sem DNA), de acordo com a Resolução Normativa 16 (RN 16) da Comissão Técnica Nacional de Biossegurança (CTNBio) publicado em 9 de dezembro de 2021.
São as variedades de cana Flex I e Flex II, que oferecem, respectivamente, maior digestibilidade da parede celular e maior concentração de sacarose nos tecidos vegetais. Eles respondem a um dos maiores desafios do setor: ampliar o acesso das enzimas aos açúcares aprisionados nas células, o que facilita a produção de etanol (primeira e segunda geração) e a extração de outros bioprodutos.
A cana Flex I é resultado do silenciamento do gene responsável pela rigidez das paredes celulares da planta. Essa estrutura foi modificada e apresentou maior “digestibilidade”, ou seja, permitiu maior acesso aos ataques enzimáticos durante a etapa de hidrólise enzimática, processo químico que extrai compostos da biomassa vegetal.
Flex II: mais sacarose
Já a segunda variedade foi gerada pelo silenciamento de um gene no tecido vegetal, o que causou um incremento considerável na produção de sacarose nos colmos da planta modelo, Setaria viridis.
“Uma vez identificada essa característica de acúmulo de açúcar na planta modelo, transferimos esse conhecimento para a cana-de-açúcar, alvo de nossa pesquisa. Novamente foi observado um incremento de sacarose em torno de 15% nos colmos de cana-de-açúcar, juntamente com um aumento de outros açúcares presentes na planta como glicose e frutose, tanto na planta quanto no tecido vegetal fresco”, explica o pesquisador da Embrapa, Hugo Molinari.
A equipe também observou incrementos de cerca de 200% no açúcar nas folhas da cana. “Também fizemos testes para ver se o gene tinha ação para melhorar a sacarificação, que é a conversão da celulose em açúcar industrial, e observamos um incremento em torno de 12%”, acrescenta o pesquisador.
Saiba mais sobre a técnica CRISPR
Vencedora do Prêmio Nobel em 2020, a técnica CRISPR pode ser melhor compreendida no livro CRISPR technology in Plant Genoma Editing – Biotecnologia Aplicada à Agricultura, disponível em português e inglês.
Molinari lista algumas das vantagens da cana-de-açúcar Flex II: maior eficiência na produção de bioetanol, descoberta de uma variedade mais adequada ao processamento industrial, obtenção de bagaço com maior digestibilidade para uso em ração animal e agregação de valor à cana-de-açúcar e à cadeia produtiva como um todo.
“Em 2020/2021, a produção total estimada de açúcar no mundo foi de 188 milhões de toneladas, e o Brasil foi responsável por 39 milhões de toneladas, o equivalente a 21% da produção mundial”, afirma Molinari.
Outro ponto ressaltado pelo pesquisador é a contribuição da cana-de-açúcar para uma matriz energética mais limpa. “Hoje sabemos que mais de 45% da matriz energética brasileira é renovável e que a cana-de-açúcar contribui com mais de 30% dessas fontes renováveis”, informa.
Embrapa Agroenergia busca parceiros
Para que as canas Flex I e Flex II cheguem às lavouras brasileiras, a Embrapa Agroenergia tem buscado parceiros interessados em dar continuidade às avaliações e licenciamentos para levar os materiais ao mercado.
Um desses parceiros nos estudos com cana-de-açúcar é a startup Pangeia Biotech, com a qual foram desenvolvidas variedades resistentes à broca-da-cana e ao glifosato.
Técnica revolucionária de edição de genoma
A Embrapa Agroenergia já vinha estudando genes relacionados às aciltransferases, enzimas responsáveis pela formação e modificação da estrutura das paredes celulares das plantas e que permitem o acesso ao açúcar. “Especificamente no caso da cana Flex II, nosso grupo identificou um gene candidato pertencente à família das aciltransferases que se mostrou um ativo biotecnológico muito promissor e viável para aumentar a produção de açúcares em gramíneas”, explica o pesquisador.
Ambos os estudos utilizaram CRISPR (Clustered Regularly Interspaced Shorts Palindromic Repeats), uma técnica revolucionária de manipulação de genes descoberta em 2012. A tecnologia utiliza a enzima Cas9 para cortar o DNA em determinados pontos, modificando regiões específicas. A descoberta rendeu o Prêmio Nobel de Química de 2020 aos pesquisadores que publicaram o primeiro artigo sobre o assunto: Emmanuelle Charpentier e Jennifer A. Doudna.
O desenvolvimento das canas Flex I e II, portanto, não implicou na alteração do DNA da planta, mas apenas no silenciamento dos genes. Por isso, a Comissão Técnica Nacional de Biossegurança (CTNBio) classificou as novas variedades como não transgênicas ou não geneticamente modificadas.
“A polêmica em torno do uso de plantas transgênicas na agricultura fez com que cada país do mundo criasse uma regulamentação específica sobre o assunto, o que encareceu a inserção de variedades geneticamente modificadas (GM) no mercado. Atualmente, assistimos ao surgimento de uma nova tecnologia, a edição de genoma, com a qual não é mais necessária a introdução de sequências exógenas de outras espécies no genoma da espécie-alvo”, relata Molinari.
Segundo o cientista, embora os transgênicos continuem sendo uma importante estratégia para solucionar inúmeros problemas na agricultura e agregar valor às espécies, a edição do genoma com técnicas como o CRISPR permite uma manipulação mais precisa, ágil e econômica do DNA em comparação aos transgênicos.
“A tecnologia CRISPR permitiu uma democratização do uso da biotecnologia na agricultura, não só do ponto de vista de mais empresas e instituições participando do desenvolvimento de produtos que chegam ao mercado, mas também por permitir que mais espécies de interesse se beneficiem de isso”, explica Molinari.
Segundo ele, o custo estimado para o desenvolvimento de uma planta GM é de cerca de US$ 136 milhões e entre 30 e 60% desse valor é destinado às etapas de desregulamentação.
Molinari lembra que o desenvolvimento tecnológico da cana-de-açúcar ao longo do tempo foi o principal fator responsável pela expansão do setor. Durante décadas, diferentes grupos de pesquisa no mundo dedicaram esforços de pesquisa básica para uma melhor compreensão do metabolismo do açúcar de plantas e controle durante o desenvolvimento de plantas em espécies modelo. “O metabolismo do açúcar é hoje conhecido, pois a integração de várias enzimas e os processos metabólicos de transporte e acúmulo foram desvendados”, observa o pesquisador.
De acordo com o subchefe de Pesquisa e Desenvolvimento da Embrapa Agroenergia, Bruno Laviola, o desenvolvimento de novas cultivares de cana-de-açúcar pela técnica CRISPR está na fronteira do conhecimento. “Essas cultivares são apenas o começo e abrem caminho para o desenvolvimento e entrega de outras cultivares para o setor produtivo, com características que impactarão diretamente na produtividade da cana-de-açúcar e reduzirão os custos de produção”, anuncia.
Flex II: retorno mínimo do investimento de 10% ao ano
Com o auxílio da economista Rosana Guiducci, pesquisadora da Embrapa Agroenergia, a variedade de cana Flex II foi analisada em diferentes cenários de adoção e houve uma avaliação dos impactos econômicos no setor sucroenergético. A análise foi tema da tese de MBA de Molinari, e o economista foi seu coorientador.
O trabalho realizado em seu MBA teve como objetivo avaliar a viabilidade econômica dessa nova variedade quanto ao aumento do teor de açúcar e melhor aproveitamento do bagaço e da palha para a produção de etanol de segunda geração (2GE).
Para estimar os ganhos econômicos com a adoção da tecnologia, o estudo avaliou dois cenários possíveis, um otimista e outro conservador. A primeira seria a ampliação gradual da adoção da cana Flex II em 1% ao ano, atingindo 10% da produção observada na safra 2020/21 de cana no Brasil em dez anos.
No segundo cenário, mais conservador, a taxa de expansão seria de 0,5% ao ano, atingindo 5% da produtividade da cana observada na safra 2020/21 em dez anos. “Em ambos os cenários, consideramos que uma usina padrão processaria tal produção, separando 50% da cana para produzir açúcar e 50% para etanol de primeira geração, e 60% da palha e bagaço para produzir 2GE na usina”, Guiducci explica.
A análise de viabilidade econômica do fluxo de receita considerou as vantagens esperadas da cana-de-açúcar Flex II, obtida na produção de açúcar, e do etanol 1G e 2G, em comparação com a cana-de-açúcar convencional.
Investimentos
Para ampliar a infraestrutura e a capacidade de processamento da usina, foram considerados investimentos da ordem de R$ 2 bilhões (cenário otimista) e dois desembolsos de R$ 1 bilhão (cenário conservador), ambos com despesas anuais de manutenção em torno de R$ 100 milhões.
A análise final indicou que o investimento é viável, uma vez que os ganhos adicionais esperados do Flex II registraram taxa interna de retorno (TIR) de 27 e 16% e valor presente líquido (VPL) de R$ 4,19 milhões e R$ 982,7 mil nos cenários otimista e conservador, respectivamente.
