Um grupo de pesquisadores de sete instituições nacionais e uma internacional, coordenado pelo professor Leonardo Fraceto do Instituto de Ciência e Tecnologia de Sorocaba, da Universidade Estadual Paulista (ICTS-Unesp), aprovou o projeto Agricultura, micro/nanotecnologia e ambiente: da avaliação dos mecanismos de ação a estudos de transporte e toxicidade junto à Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (Fapesp). O objetivo é avaliar as potencialidades de sistemas micro/nanoestruturados para controle de pragas em agricultura a partir da abordagem de avaliação de atividade biológica em organismos alvos, bem como dos destinos e potencial de toxicidade desses sistemas para o ambiente.

Fraceto destaca que o projeto tem uma grande importância, pois congrega pesquisadores altamente qualificados em diferentes temas de atuação que contribuirão em muito para o desenvolvimento de alternativas mais seguras para o controle de pragas em agricultura, já que a equipe propõe alternativas mais sustentáveis para o controle de pragas, baseadas em sistemas micro/nanoestruturados. Serão utilizadas diferentes estratégias para encapsular agentes de controle, como agrotóxicos sintéticos e inseticidas/repelentes de origem botânica, além do uso de fungos e bactérias como agentes biológicos de controle encapsulados em micropartículas.

A partir do desenvolvimento desses sistemas, serão feitos estudos de transporte e toxicidade de diferentes tipos de micro e nanopartículas com potencialidades para aplicações em agricultura. Dentre os desafios, destaca-se o fato de poucos estudos terem avaliado questões relativas ao mecanismo de ação de agentes de controle de pragas em associação com micro/nanotecnologia.

Outro aspecto diz respeito ao destino e efeitos em organismos não alvos, de extrema importância para agricultura, uma vez que o uso de sistemas micro/nanoestruturados visa não somente aumentar a eficácia biológica de agentes de controle, mas também a minimização de impactos ambientais ocasionados pelo uso de agrotóxicos.

Nesse cenário, serão propostos o estudo de potenciais mecanismos de ação, destino e toxicidade, utilizando como modelo diferentes organismos e tipos de sistemas micro e nanopartículas (poliméricos, lipídicos, metálicos), bem como diferentes agentes de controle, dentre eles compostos sintéticos, naturais e microrganismos. Dessa forma, a partir de estudos de especificidade (atividade biológica) e seletividade (destinos e toxicidade), será possível a obtenção de dados de forma a produzir conhecimento científico para a compreensão dos fenômenos e processos que governam a atividade biológica desses sistemas.

Algumas atividades já foram realizadas. Em especial, destaca-se um sistema baseado em nanopartículas poliméricas carreadoras de atrazina, um herbicida largamente utilizado em cultivos de milho e cana-de-açúcar. Essas formulações mostraram-se mais eficientes que a formulação convencional de atrazina no controle de plantas daninhas. Dessa forma, foi possível reduzir em 10 vezes a dosagem do herbicida sem afetar sua atividade biológica, o que implicaria menor contaminação ambiental. Por outro lado, as mesmas formulações não levaram a efeitos persistentes no milho, que é uma cultura resistente à atrazina, bem como reduziram a toxicidade da atrazina em células humanas. Como esses ensaios foram realizados em casa de vegetação, o próximo passo que já está em andamento é a avaliação da eficiência desse produto em condições de campo.

A partir do desenvolvimento desses sistemas, serão feitos estudos de transporte e toxicidade de diferentes tipos de micro e nanopartículas com potencialidades para aplicações em agricultura. | Foto: Shutterstock

Ainda em relação a esse sistema, têm sido conduzidos estudos de mecanismos de ação para elucidar como as nanocápsulas potencializam a atividade da atrazina. Dessa forma, análises anatômicas de microscopia eletrônica de varredura e de transmissão fornecem informações importantes sobre como ocorrem os danos causados pelo herbicida atrazina e como a nanocápsula é capaz de modificar essa resposta nos tecidos foliares, tornando o herbicida 10 vezes mais eficiente. Somado a isso, análises em microscopia confocal (que acentua o contraste e produz imagens tridimensionais) das folhas tratadas com os nanopesticidas permitem a visualização e o acompanhamento do transporte das nanocápsulas marcadas com fluorescência diretamente no tecido vegetal.

Também, para estudos de toxicidade, o grupo já evidenciou a interação de nanopartículas formadas pelo polímero sintético PCL (poli-ε-caprolactona) em nematoides C. elegans e foi possível observar que tais partículas causaram problemas no desenvolvimento dos organismos. Por outro lado, em estudos com outros tipos de partículas poliméricas (zeína, uma proteína de milho), foi observado que tais partículas apresentaram menor toxicidade nos vermes, indicando uma melhor biocompatibilidade do organismo com esse tipo de nanocarreador e possivelmente menor impacto no bioma do solo.

O mercado do controle biológico vem crescendo em média 15% ao ano em todo o mundo, porém, esses organismos são mais suscetíveis a fatores abióticos quando comparados aos inseticidas convencionais. Nesse contexto, a micro (estruturas com tamanho entre 1 e 1000 μm) e mais recentemente a nanotecnologia (estruturas com pelo menos uma dimensão entre 1 e 1.000 nm – 1 nanômetro equivale a 1 bilhonésimo do metro) tem apresentado grande potencial para o desenvolvimento de novas formulações com compostos ativos de interesse agrícola.

Como exemplo, temos a utilização de nanopartículas produzidas com materiais poliméricos (macromoléculas formadas pela união de substâncias simples, chamadas de monômeros) ou lipídicos, contendo agentes de controle (agrotóxicos sintéticos e inseticidas/repelentes de origem botânica), que visam aumentar a solubilidade desses ingredientes ativos, liberá-los de uma forma lenta ou protegê-los da degradação. Dessa maneira, é possível liberar uma quantidade menor do ingrediente ativo ao longo do tempo, mantendo níveis desejáveis do composto por longos períodos no ambiente. Essa característica resulta em aumento de eficiência e seletividade, não prejudicando os organismos não alvos, e por consequência gerando menor contaminação ambiental. Além disso, no caso de encapsulação de microrganismos, tal estratégia favorece sua proteção contra fatores ambientais, como degradação pela luz e drásticas mudanças de temperatura.

No entanto, cabe destacar que essas novas tecnologias, devem ser avaliadas antes de chegarem ao mercado, visando prevenir riscos ao ambiente e à saúde humana. Em relação à nanotecnologia, o transporte, o destino e a biodisponibilidade (porcentual de aproveitamento por um organismo de uma data substância) são altamente dependentes dos meios aos quais são expostos; logo, alterações relativamente sutis nas características físico-químicas da água, por exemplo, podem alterar a morfologia e a hidrofobicidade (resistência à água) desses nanomateriais, que por sua vez afetam a sua biodisponibilidade e o seu potencial de toxicidade.

Assim, a investigação desses materiais considerando diferentes ecossistemas, como os de água doce, salgada, sedimento e solo, já que os diferentes organismos podem responder de forma diferenciada quando em contato com um mesmo nanomaterial, é essencial, como o conhecimento dos riscos que os nanomateriais podem causar ao ambiente, importante para sua regulamentação, produção, comercialização e descarte, garantindo que estes sejam realizados de forma adequada e sustentável.

Conforme a pesquisadora Vera Castro da Embrapa Meio Ambiente, as ações a serem desenvolvidas pelos pesquisadores da Embrapa Meio Ambiente pretendem avaliar a ecotoxicidade destes agentes em diferentes organismos e condições ambientais. Para tanto, serão adequadas estratégias de estudos de toxicidade para avaliação do potencial tóxico de micro/nanoestruturas a fim de contribuir para desenvolvimento de alternativas mais seguras e sustentáveis para o agronegócio associado à minimização de impactos ambientais.

Participam do projeto Leonardo Fernandes Fraceto e Gerson Medeiros (Unesp Sorocaba), Ricardo Polanczyk (Unesp Jaboticabal), Juliana Mayer e Marcelo Jesus (Unicamp), Renato Grillo (Unesp Ilha Solteira), Renata de Lima (Uniso), Vera Castro e Claudio Jonsson (Embrapa Meio Ambiente), Alejandra Bravo (Unam, México) Daiana Avila e Luciana Pinto  (UFLA), Claudia Martinez e Halley Oliveira (UEL) e Daiana Avila (Unipampa).

Fonte: Embrapa