Grupo de pesquisa da Unesp propõe abordagem mais eficiente e sustentável para a produção de nanoherbicidas
Pesquisadores apresentam nova metodologia que leva em consideração as especificidades de espécies vegetais no processo de desenvolvimento de novos produtos.
Caruru, capim-azevém e capim-pé-de-galinha são exemplos de plantas daninhas que assolam a produção agrícola no Brasil hoje. Sua presença, sempre indesejada, compromete o desenvolvimento das culturas ao competir por recursos essenciais, como água, luz e nutrientes, além de atuar como hospedeiras de pragas e doenças. O manejo eficiente dessas plantas é um dos principais desafios técnicos e econômicos para os produtores agrícolas, sempre interessados em evitar perdas expressivas na produtividade e garantir a viabilidade das lavouras.
Dados da Embrapa indicam que a incidência descontrolada de plantas daninhas pode provocar perdas de até 90% em lavouras. Mesmo nas áreas em que os produtores rurais adotam algum tipo de manejo contra elas, ocorrem impactos relevantes, com reduções médias de cerca de 15% na produção de grãos. A principal estratégia de controle envolve o uso de herbicidas, substâncias químicas desenvolvidas para eliminar ou inibir o crescimento dessas plantas. Porém, o uso repetitivo dessas mesmas substâncias tem acelerado o surgimento de populações resistentes. O resultado é a necessidade de desenvolver novas técnicas de manejo que sejam mais eficientes.
É nesse contexto que, nas últimas décadas, os pesquisadores vêm sendo estimulados a buscar novas soluções, recorrendo aos chamados nanoherbicidas. Essa tecnologia promete soluções como a entrega direcionada e inteligente de ingredientes ativos, projetada de forma a aumentar a absorção de herbicidas pela planta. Isso torna o tratamento mais eficiente e, ao mesmo tempo, permite a redução das doses utilizadas. Na Unesp, o grupo de pesquisa liderado por Leonardo Fernandes Fraceto, do Instituto de Ciência e Tecnologia (ICTS-Unesp), campus Sorocaba, tem se dedicado à pesquisa nesse campo, explorando o funcionamento e as ferramentas de criação de nanopartículas, assim como seu potencial de aplicação.
Fraceto coordena o Instituto Nacional de Ciência e Tecnologia em Nanotecnologia para Agricultura Sustentável (INCT NanoAgro), que tem como uma das principais linhas de pesquisa a busca por soluções eficazes e ambientalmente seguras para o manejo de plantas daninhas. O grupo também integra a equipe do Centro de Pesquisa em Inovação e Difusão em Biodiversidade e Mudanças do Clima.
Em um artigo recente, Fraceto e colaboradores propuseram uma nova forma de pensar o desenvolvimento dessa tecnologia, centralizando a produção a partir das características específicas da espécie vegetal que se pretende controlar. Intitulado “When the plant becomes the material: rethinking nanoherbicide design through plant-informed nanodesign”, o estudo foi publicado na revista científica Nature Reviews Methods Primers, do grupo editorial Nature.
Fraceto explica que, atualmente, o desenvolvimento de nanoherbicidas é centrado nos materiais e não leva em consideração as especificidades biológicas das plantas. “Nós propomos inverter essa lógica e passar a priorizar as características das espécies vegetais para, a partir delas, desenvolver modelos de nanopartículas que melhor se adaptem a essas particularidades”, diz ele. Os pesquisadores denominaram essa nova forma de desenvolvimento de nanodesign orientado pela planta (ou Plant-informed nanodesign, “PIND”, em inglês).
Os nanoherbicidas
Nanoherbicidas são formulações que utilizam nanotecnologia para melhorar a forma como o herbicida é transportado, liberado e absorvido pelas plantas. Essa abordagem substitui o modo convencional de aplicação do ingrediente ativo por sistemas baseados em nanopartículas. Essas estruturas extremamente pequenas (na escala de 10⁻⁹ m, ou 0,000000001 m) funcionam como veículos para transportar as substâncias e, por isso, também são chamadas de “nanocarreadores”. Esses sistemas podem ser projetados para liberar o herbicida de maneira controlada, protegê-lo contra degradação no ambiente e aumentar sua eficiência ao atingir diretamente os tecidos da planta daninha.
Em nível comparativo, as formulações tradicionais de herbicidas são absorvidas pela folha por conta da presença de surfactantes e adjuvantes, que são compostos químicos responsáveis por melhorar o espalhamento e a adesão da calda de herbicida sobre as folhas. Esse processo impossibilita um controle preciso de quanto do ingrediente ativo é efetivamente absorvido pela planta. Isso pode resultar em perdas por escorrimento, evaporação ou degradação do produto, além de aumentar o risco de impactos ambientais.
Já os nanoherbicidas funcionam como se possuíssem compartimentos que armazenam o ingrediente ativo e permitem sua absorção direta pelas folhas, liberando as moléculas no interior da planta. Esse tipo de abordagem, que possibilita uma absorção maior e mais direcionada, acaba sendo mais eficiente por evitar desperdício e, ao mesmo tempo, diminuir o contato entre os herbicidas e o meio ambiente.
“Essa melhora no controle acaba gerando uma redução da dose necessária, porque conseguimos fazer com que a absorção, distribuição e translocação dentro da planta sejam mais eficientes”, afirma Fraceto. “Isso acarreta benefícios financeiros, porque gastamos menos moléculas para controlar a planta daninha, e também apresenta benefícios ambientais, pois, ao aplicar uma quantidade menor de herbicida no campo, diminuem-se os resíduos em alimentos e o impacto ambiental”, diz.
A planta no centro do processo
Apesar da perspectiva de maior eficiência, a produção de nanoherbicidas ainda enfrenta certos entraves. Entre eles, está a identificação dos modelos que podem ser absorvidos com mais eficiência pelas plantas e a compreensão de como o transporte do herbicida pode ser otimizado em seu interior. Pensando nisso, o grupo de Fraceto chamou a atenção para a forma como os estudos vêm abordando esse processo.
De maneira geral, a forma mais comum de pensar a produção de nanoherbicidas parte da criação do nanossistema. Isso envolve definir quais são os melhores materiais, formatos e composições para encapsular o herbicida. Após essa formulação, a eficiência da tecnologia é testada nas espécies vegetais e seu potencial é avaliado.
Esse processo, entretanto, desconsidera um elemento essencial para o tratamento: as características próprias da planta daninha que se pretende controlar. “Cada espécie tem uma propriedade única, uma característica particular em termos de diferenciação de folha, de estrutura de vasculatura e de raiz, que influenciam como a absorção ocorre”, diz Ana Cristina Preisler, que realiza seu pós-doutorado, com bolsa da FAPESP, no ICTS-Unesp, sob orientação de Fraceto. “Se a gente observar a planta, buscando entender de fato quais são as particularidades da espécie, talvez consigamos direcionar a criação das nanopartículas de uma forma mais eficaz.”
A proposta que os pesquisadores defendem no artigo envolve posicionar a espécie vegetal como o elemento central para o design das nanopartículas, em vez de mantê-la na atual condição de fator genérico no processo de produção. Essa perspectiva demanda um estudo detalhado de caracterização de cada espécie. Os pesquisadores da Unesp estão se dedicando a caracterizar as folhas das espécies de caruru, capim-azevém e capim-pé-de-galinha, a fim de determinar quais de suas propriedades podem ser aproveitadas para aumentar a eficiência das nanopartículas.
Os dados medidos na pesquisa incluem o tamanho e a espessura das folhas, a quantidade de estômatos por área (aberturas na planta que garantem as trocas gasosas com o ambiente), a espessura da cutícula (camada mais externa da folha, cuja principal função é impermeabilizar a planta e impedir a perda de água), a presença de tricomas (pequenos “pelos” nas folhas, que servem para proteção e impermeabilização) e a rugosidade das folhas.
As técnicas empregadas nas análises são as mesmas utilizadas por biólogos e botânicos há décadas, sendo a principal delas a microscopia (no caso, a microscopia confocal e a microscopia eletrônica de varredura). Essas técnicas permitem enxergar partes muito pequenas de uma planta (ou de outro material) com alta nitidez, como se fosse possível “fatiar” a imagem em camadas e observar seu interior em detalhes.
“A microscopia confocal permite observar diretamente o indivíduo que recebeu a aplicação do herbicida e quantificar as estruturas morfofisiológicas específicas. Com isso, conseguimos gerar dados mais detalhados e capturar uma maior variabilidade — por exemplo, variações na estrutura ou no funcionamento das folhas entre diferentes plantas ou até dentro da mesma planta”, explica Brian Cintra Cardoso, que cursa seu mestrado, com bolsa FAPESP, no Programa de Pós-Graduação em Ciências Ambientais do ICTS-Unesp, sob orientação de Fraceto.
Essa maior variabilidade é importante porque torna os modelos mais realistas e confiáveis, já que passam a considerar a diversidade natural do sistema biológico, e não apenas um comportamento médio que pode mascarar diferenças relevantes. A técnica também permite identificar quais são os efeitos dos herbicidas nas plantas e diferenciar essas respostas entre as espécies.
“Constatamos que, ao utilizar esse sistema de nanoformulação, com moléculas já bem conhecidas, essas moléculas passam a apresentar uma rota preferencial de absorção nas folhas. Por meio dessas técnicas, estamos conseguindo determinar quais são as vias preferenciais em cada espécie”, diz Preisler.
Uma nova visão
Já existem, então, técnicas consolidadas e metodologias de caracterização conhecidas; para Fraceto, o que falta é uma mudança de cultura que leve os pesquisadores a considerarem as plantas como foco central do design de nanoherbicidas.
Segundo o professor, a maior parte dos estudos ainda se concentra, em primeiro lugar, na produção do material. Isso se deve, em boa parte, a uma herança do modo como tais tecnologias foram desenvolvidas inicialmente no campo da saúde. “Muito da evolução da nanotecnologia na agricultura vem de desenvolvimentos que ocorreram na área da saúde. Só que, naquele caso, havia uma preocupação em entender como os materiais causam problemas nos organismos que estão no ambiente. Por isso, era importante observar a carga da partícula, seu tamanho, sua persistência, o material de que é feita e seu formato”, diz.
O docente não diminui a importância de levar em conta tais características, bem como os impactos que os diferentes materiais podem causar no ambiente. Defende, porém, que é preciso acrescentar ao processo o estudo do organismo-alvo, como um recurso para assegurar que o desenvolvimento do produto será mais eficiente.
“Já temos alguns resultados iniciais que demonstram que a resposta dos nanomateriais é influenciada por essas características das plantas. Levar em consideração essa influência no processo de produção proporciona uma visão disruptiva sobre esse processo”, avalia.
Matéria: Malena Stariolo | Jornal da USP.