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Entra em operação na USP a primeira planta de conversão de hidrogênio a partir do etanol do mundo

por jornalismo-analytica
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Nas próximas semanas entrará em operação, no campus Capital-Butantã da Universidade de São Paulo (USP), a primeira estação de abastecimento de hidrogênio renovável a partir do etanol do mundo.

O anúncio foi feito pelo reitor da instituição, Carlos Gilberto Carlotti Junior, na abertura da Conferência de Pesquisa e Inovação em Transição Energética (ETRI) 2024, realizada pelo Centro de Pesquisa para Inovação em Gases de Efeito Estufa (RCGI) entre terça-feira (05/11) e (07/11).

“Estamos inaugurando, agora, nosso reformador de hidrogênio. A partir da próxima semana, teremos hidrogênio produzido a partir do etanol aqui na nossa universidade”, afirmou Carlotti Junior.

O posto de abastecimento é resultado de um projeto do RCGI, um Centro de Pesquisa em Engenharia (CPE) constituído por FAPESP e Shell na Escola Politécnica (Poli-USP). O RCGI é um dos CPEs financiados pela Fundação em parceria com empresas.

A estação produzirá inicialmente 4,5 quilos (kg) de hidrogênio por hora – aproximadamente 100 kg por dia. O combustível será utilizado para o abastecimento de três ônibus urbanos que circularão pelo campus da USP, em São Paulo, e um rodoviário, com autonomia de 450 quilômetros (km), suficiente para ir e voltar da Cidade Universitária para Piracicaba, no interior paulista, explicou Julio Meneghini, diretor do RCGI, durante uma visita para convidados à planta-piloto. Um dos ônibus foi usado para levar os visitantes até a estação na última terça-feira (05/11).

“Estudos preliminares mostram que, se 18 ônibus urbanos movidos a diesel que circulam pela USP fossem hoje substituídos por versões abastecidas com hidrogênio, a universidade deixaria de emitir quase 3 mil toneladas de CO2 [dióxido de carbono] por ano”, disse Meneghini.

Por meio de projetos realizados no âmbito do RCGI, os pesquisadores pretendem avaliar a eficiência desses ônibus urbanos movidos a hidrogênio. “Teremos as condições, agora, de avaliar esses veículos em um ciclo real. Isso é muito importante para aplicação, porque na indústria automobilística, para chegar a uma produção em série de um veículo, é preciso ter os números muito bem determinados e definidos em operações reais”, acrescentou Meneghini.

Custo competitivo

A tecnologia empregada na planta-piloto para a conversão de hidrogênio a partir do etanol é baseada no uso de um reator desenvolvido pela startup paulista Hytron com apoio do Programa Pesquisa Inovativa em Pequenas Empresas (PIPE), da FAPESP.

Dentro do equipamento, chamado reformador, o etanol e a água são aquecidos a 750°C com o intuito de desencadear reações químicas que resultam na quebra das moléculas de etanol – constituídas por átomos de carbono e de hidrogênio – e, consequentemente, na produção de hidrogênio e monóxido de carbono biogênico, ou seja, que não é de origem fóssil.

“No início da reação é utilizado o próprio etanol para chegar a essa temperatura de 750°C. Depois, subprodutos, como o metano e o CO, para manter essa temperatura”, detalhou Meneghini.

Por meio de uma tecnologia desenvolvida pela Raízen, foi possível integrar todo esse processo e utilizar 7 litros de etanol para a produção de 1 kg de hidrogênio.

Também são utilizados 2,5 quilowatts-hora (kWh) para manter os sistemas com pressão e a parte elétrica. “Mas, se avaliarmos todos esses números, é possível verificar que o hidrogênio produzido na estação vai chegar a um valor extremamente competitivo, inclusive para uso nesses quatro ônibus aqui na USP”, avaliou Meneghini.

Os gases produzidos durante as reações são purificados em cilindros, onde são separados CO (monóxido de carbono), CO2, o metano e o hidrogênio, que precisa atingir um índice de pureza de 99,999% para ser usado tanto nos ônibus como no automóvel Mirai, cedido pela Toyota para o projeto – o primeiro veículo a hidrogênio do mundo comercializado em larga escala, cujas baterias são carregadas a partir da reação química entre hidrogênio e oxigênio na célula a combustível (fuel cell electric vehicle).

Após ser produzido e sair do purificador, o hidrogênio é comprimido e armazenado em reservatórios com pressão de cerca de 400 atmosferas. “Isso já é suficiente para abastecer os ônibus e o veículo Mirai, que, com 1 kg de hidrogênio, roda 120 km [com tanque cheio, abastecido com 5 kg de hidrogênio, o automóvel tem autonomia de 600 km]”, contou Meneghini.

Com a planta em plena operação, os pesquisadores pretendem avaliar, entre outras questões, qual a quantidade de CO2 emitida para produzir 1 kg de hidrogênio, o consumo real dos veículos e por quanto tempo, em média, é possível manter a estação operando.

“Ao ligar e desligar a planta, há uma diminuição muito grande da eficiência. Ela precisa operar com algo entre 50% e 100% de sua capacidade. Se não encontrarmos uso para todo o hidrogênio produzido, vamos ter de eventualmente desligar a planta em alguns períodos ou fazer um flair [queima], que não contribui para emissões de gases de efeito estufa porque a combustão de hidrogênio não emite CO2”, pontuou Meneghini.

Emergência climática

Em sua sétima edição, o objetivo da ETRI 2024 foi discutir os desafios e as soluções inovadoras para a mitigação das emissões de carbono, unindo academia, indústria, governo e sociedade para promover uma transição energética sustentável e justa, sublinhou Karen Mascarenhas, coordenadora da conferência.

“Mais de 500 participantes, oriundos da academia, de empresas e do governo, se inscreveram no evento com o objetivo de acelerar a transição energética e reduzir as emissões dos gases de efeito estufa. Inspirados pela urgência de agir frente aos eventos climáticos extremos que vivenciamos ultimamente, trazemos a ciência e inovação para gerar impacto positivo e tangível para a sociedade”, acrescentou.

O presidente da FAPESP, Marco Antonio Zago, enfatizou que a instituição tem uma longa história de compromisso com essa pauta, exemplificado pelo financiamento ao RCGI e por três programas estratégicos, criados há mais de 20 anos: o BIOTA, o BIOEN e o Programa FAPESP de Pesquisa sobre Mudanças Climáticas Globais (PFPMCG). Mas ponderou que é preciso fazer mais.

“Apesar dessa diversidade de iniciativas, projetos e programas atuais, eles provavelmente são ainda insuficientes. É necessário ser mais ambicioso e audacioso. É premente aumentar a interação e a comunicação entre esses múltiplos centros de pesquisa e iniciativas”, sublinhou.

Matéria – Elton Alisson | Agência FAPESP

Imagem – Um dos ônibus foi usado para levar os visitantes até a estação na última terça-feira (foto: Elton Alisson/Agência FAPESP)

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Cientistas mapeiam microbioma de usinas em busca de maior eficiência na produção de etanol

por jornalismo-analytica
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Pesquisadores da Universidade de São Paulo (USP) e da Universidade Técnica da Dinamarca (DTU) mapearam, em resolução nunca antes reportada, todos os microrganismos presentes na produção de bioetanol de cana-de-açúcar. O estudo revela cepas bacterianas capazes de melhorar o rendimento do combustível e indica tipos prejudiciais, gerando dados que podem impulsionar a eficiência do processo, aumentar os lucros e reduzir as emissões de carbono (CO2). Os resultados foram publicados na revista Nature Communications.

Assim como o corpo humano, composto por bactérias, fungos e vírus, as usinas de etanol também contam com um microbioma diversificado. Por serem ambientes abertos e não estéreis, abrigam, inclusive, micróbios que não têm relação direta com o processo de produção, mas que, ao crescerem ali, passam a utilizar o açúcar destinado ao combustível, desviando-o para outras funções e comprometendo o rendimento da fermentação. É o caso, por exemplo, das bactérias lácticas – as mesmas presentes no leite. Conhecer a fundo todos os microrganismos desse ecossistema pode indicar caminhos para solucionar esse tipo de problema.

No estudo financiado pela FAPESP (projetos 15/50684-9 e 18/17172-2), cientistas da Escola Politécnica (Poli) da USP e do Centro de Biossustentabilidade da Fundação Novo Nordisk da DTU, liderados pelo pesquisador Felipe Lino, identificaram e descreveram o microbioma completo de duas usinas localizadas no Estado de São Paulo em três épocas distintas do ano: no início (abril), no meio (julho) e no final da safra (novembro/dezembro).

Para isso, lançaram mão de sequenciamento metagenômico shotgun, uma abordagem de estudo de material genético que sequencia o DNA de todas as espécies presentes na amostra de forma abrangente, com o objetivo de entender sua composição e as interações entre os microrganismos. As bactérias coletadas foram isoladas em laboratório e testadas uma a uma.

“Olhamos para a indústria de cana-de-açúcar como um organismo vivo e, ao observar todas as células, pudemos determinar tanto a agressividade de cada uma para a fermentação quanto seu valor para a eficiência do processo de conversão de cana-de-açúcar em biocombustível, além de identificar os fatores ecológicos responsáveis por sustentar a dinâmica da comunidade”, conta Thiago Olitta Basso, professor do Departamento de Engenharia Química da Poli-USP e um dos coordenadores do estudo. “Observamos que a dinâmica entre as linhagens é crítica para o desempenho do processo. E que existe uma alternância de linhagens, em que cepas mais prejudiciais são selecionadas ao longo da safra. Além disso, dentro da mesma espécie, pode haver ‘tipos’ bons, ruins ou inofensivos.”

As informações geradas no trabalho podem levar a soluções de melhoria da eficiência do processo de produção de etanol em mais de 5%, aumentar os lucros do setor em US$ 1,6 bilhão e ainda reduzir as emissões de CO2 em 2 milhões de toneladas anualmente.

Uso de antibióticos

De acordo com Basso, além de abrir caminho para revolucionar o enfrentamento a um dos principais problemas da fermentação etanólica no Brasil – a contaminação –, o estudo pode aprofundar as conversas sobre um tema ainda pouco debatido na indústria, que é o uso de antibióticos.

“Atualmente, o padrão é adotar esse tipo de medicamento – de origem mais barata que aqueles desenvolvidos para uso humano, com amplo espectro de ação e que oferece possíveis riscos ao meio ambiente – para eliminar todos os microrganismos contaminantes, mesmo aqueles aparentemente sem qualquer influência no processo”, afirma o pesquisador.

“Temos buscado compreender o papel desses microrganismos contaminantes em trabalhos anteriores, onde já havíamos verificado um efeito muito distinto no processo entre diferentes cepas”, complementa.

“A ideia a partir deste estudo mais recente é que, em vez de simplesmente promover essa erradicação geral, passemos a considerar o uso de estratégias mais direcionadas a certas bactérias ou até mesmo o emprego das bactérias de ‘tipos’ bons ou inofensivos para controlar as nocivas, utilizando-as quase que como um ‘probiótico’, para modular o microbioma e reorganizar a flora local.”

A pesquisa também contou com a participação de dois alunos brasileiros orientados por Basso, Thamiris Guerra Giacon e Bruno Labate Vale da Costa.

O artigo Strain dynamics of contaminating bacteria modulate the yield of ethanol biorefineries pode ser lido em: www.nature.com/articles/s41467-024-49683-2.

Matéria – Julia Moióli | Agência FAPESP 

Imagem – Estudo revelou cepas bacterianas capazes de melhorar o rendimento do combustível e indicou tipos prejudiciais (foto: Thiago Olitta Basso)

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Método de baixo custo remove micro e nanoplásticos da água

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Pesquisadores da Universidade de São Paulo (USP) desenvolveram uma nova abordagem nanotecnológica para remover micro e nanoplásticos da água. Resultados da pesquisa, apoiada pela FAPESP, foram divulgados no periódico Micron.

Como destacam os autores, os microplásticos tornaram-se onipresentes no mundo contemporâneo. E, depois da emergência climática e da acelerada extinção de espécies e ecossistemas, constituem, talvez, um dos mais importantes problemas ambientais da atualidade. Eles estão na terra, nas águas, no ar e no interior dos corpos animais e humanos. Oriundos de produtos de consumo comuns no cotidiano e do desgaste de materiais maiores, têm sido encontrados em toda parte, nos mais diversos ambientes. Uma fonte importante é a lavagem de roupas compostas por fibras sintéticas: saindo junto com a sujeira na água de descarte, os microplásticos vão chegar ao solo, aos lençóis freáticos, aos rios e, finalmente, ao oceano e à atmosfera.

Definidos como fragmentos de até 1 milímetro, os microplásticos propriamente ditos são um problema bem identificado e visível. Contudo, os nanoplásticos, mil vezes menores, estão se mostrando uma ameaça ainda mais insidiosa. Porque podem penetrar barreiras biológicas importantes e alcançar os órgãos vitais. Um estudo recente, por exemplo, detectou sua presença no cérebro humano.

“Essas partículas são invisíveis a olho nu e não detectáveis pelos microscópios convencionais, o que as torna ainda mais difíceis de identificar e remover dos sistemas hídricos”, conta o pesquisador Henrique Eisi Toma, professor do Instituto de Química (IQ-USP) e coordenador do trabalho.

O procedimento desenvolvido na USP utiliza nanopartículas magnéticas funcionalizadas com polidopamina, um polímero derivado da dopamina, neurotransmissor presente no organismo humano. Essas nanopartículas têm a capacidade de se ligar aos micro e nanoplásticos, permitindo que sejam removidos da água por meio da aplicação de um campo magnético.

“A polidopamina é uma substância que imita as propriedades adesivas de moluscos marinhos, capazes de se fixar em superfícies de maneira extremamente resistente. Aderindo firmemente aos fragmentos de plástico presentes na água, ela permite que as nanopartículas magnéticas os capturem. E, com o auxílio de um ímã, esse material indesejável pode ser removido do líquido”, explica Toma.

O processo já demonstrou ser eficaz na remoção de micro e nanoplásticos da água, especialmente em sistemas de tratamento. No entanto, além de remover as partículas, o grupo de pesquisadores está concentrado em sua degradação. Para isso, utiliza enzimas específicas, como a lipase, que consegue degradar o plástico PET em seus componentes básicos. Com a aplicação das enzimas, o plástico é decomposto em moléculas menores, que podem ser reutilizadas na produção de novos materiais plásticos. “Nosso objetivo é não só remover os plásticos da água, mas também contribuir para sua reciclagem de maneira sustentável”, afirma o cientista.

O PET, politereftalato de etileno, utilizado como matéria-prima de garrafas plásticas e outros itens, é um polímero altamente poluidor, cuja degradação gera ácido tereftálico [C6H4(COOH)2] e etilenoglicol [C2H4(OH)2], ambos tóxicos. “A lipase o decompõe nas formas iniciais, que podem ser reutilizadas na síntese do novos PETs. Nosso estudo se concentrou no PET, mas outros pesquisadores podem juntar enzimas específicas para processar plásticos diferentes, como poliamidas, náilon etc.”, destaca Toma.

No estudo em pauta, nanopartículas magnéticas de óxido de ferro (II, III) [Fe₃O₄] foram sintetizadas por meio de coprecipitação. E, posteriormente, revestidas com polidopamina (PDA), por meio da oxidação parcial da dopamina em solução levemente alcalina, formando Fe₃O₄@PDA. Sobre esse substrato, foi imobilizada a enzima lipase. Microscopia Raman hiperespectral foi empregada para monitorar, em tempo real, o processo de sequestro e degradação dos microplásticos.


A sequência mostra a captura, a remoção e o imageamento dos poluentes (crédito: Henrique Eisi Toma)

Problema complexo

A palavra “plástico” se aplica a uma amplíssima gama de materiais sintéticos ou semissintéticos compostos por polímeros, na maioria das vezes derivados de combustíveis fósseis. Sua maleabilidade, flexibilidade, leveza, durabilidade e baixo custo fizeram com que se tornassem presentes em incontáveis produtos utilizados no cotidiano. A preocupação com os resíduos gerados por esse uso superintensivo fez com que se buscassem alternativas. Uma delas são os chamados bioplásticos. Em vez de serem produzidos a partir de matérias-primas petroquímicas não renováveis, os bioplásticos derivam de fontes renováveis e biodegradáveis.

“A ideia é boa. O problema é que, antes de se degradarem completamente, os bioplásticos também se fragmentam, formando micros e nanobioplásticos. E esses materiais, por serem biocompatíveis, são ainda mais insidiosos, porque podem interagir mais diretamente com nossos organismos, desencadeando reações biológicas”, alerta Toma.

Outra informação bastante preocupante veiculada pelo pesquisador é a de que a água mineral engarrafada pode estar ainda mais contaminada por bioplásticos do que a água tratada que chega às torneiras. “Isso porque essa água tratada passa por processos de filtragem, coagulação e flotação, que eliminam grande parte dos resíduos. Já a água mineral, que é melhor sob vários aspectos, como leveza, riqueza em sais, sabor etc., não recebe esse mesmo tipo de tratamento, porque isso destruiria suas propriedades. Assim, se o ambiente em que é coletada estiver contaminado por bioplásticos, essas partículas chegarão ao consumidor final”, conta.

Como se depreende, o desafio é grande, e as respostas não são óbvias. A nanotecnologia agora apresentada por Toma e colaboradores oferece uma solução promissora para um problema que está apenas começando a ser compreendido em toda a sua extensão. O cientista incentiva outros pesquisadores a avançar na busca de soluções. E, mais ainda, conclama os gestores públicos a encarar com seriedade a questão.

O artigo Direct monitoring of the enzymatically sequestering and degrading of PET microplastics using hyperspectral Raman microscopy pode ser acessado em: www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0968432824001392?via%3Dihub.

Matéria – José Tadeu Arantes | Agência FAPESP 

Imagem – Resumo do processo de purificação: a água poluída por microplásticos (PET); o acréscimo de nanopartículas magnéticas funcionalizadas com polidopamina e lipase; e a remoção das nanopartículas juntamente com os microplásticos por meio de um ímã (fotos: Henrique Eisi Toma)

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Uso excessivo de água no Matopiba pode comprometer até 40% da capacidade futura de expansão da irrigação

por jornalismo-analytica
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Considerada uma das fronteiras agrícolas que mais crescem no Brasil e a área com maior taxa de emissão de gases de efeito estufa no Cerrado, a região conhecida como Matopiba corre o risco de enfrentar falta de água já nos próximos anos. Entre 30% e 40% da demanda por irrigação de terras agricultáveis pode não ser atendida no período de 2025 a 2040 devido à superexploração dos recursos hídricos.

Esse problema, somado às mudanças climáticas, está reduzindo as vazões subterrâneas – provenientes do aquífero Urucuia – e dos corpos d’água superficiais da bacia do rio Grande, afluente do São Francisco. A redução desse fluxo pode comprometer o atendimento a demandas como o abastecimento urbano, de populações ribeirinhas e o próprio agronegócio, sem contar a diminuição de disponibilidade para toda a bacia.

A conclusão é de um estudo liderado por cientistas do Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (Inpe) que analisou a sustentabilidade de longo prazo da expansão agrícola em meio à crescente escassez de água na região. O trabalho, idealizado pela cientista do Inpe Ana Paula Aguiar e realizado em parceria com o Centro de Resiliência de Estocolmo (Suécia), aponta que deve haver um aumento de até 40% de energia para irrigação, pressionando ainda mais o sistema.

Acrônimo formado pelas siglas de quatro Estados – Maranhão, Tocantins, Piauí e Bahia –, o Matopiba está inserido predominantemente no Cerrado (91% da área ou 665 mil km2), tendo apenas 7,3% na Amazônia e 1,7% na Caatinga. Em sua parte sudeste, é abastecido pela bacia do rio Grande, que cobre cerca de 76 mil km2.

Para fazer a análise, os pesquisadores usaram um modelo de dinâmica de sistemas – uma ferramenta que permite representar as complexas interações e feedbacks entre uso da terra, energia e água, além de simular diferentes cenários, vendo como é a reação ao longo do tempo. Com isso, ajuda na tomada de decisões e na implementação de políticas públicas mais eficazes.

“A dinâmica de sistemas considera uma visão holística, simulando as relações e as várias demandas – irrigação, energia elétrica, consumo – que existem simultaneamente na região. Isso nem sempre é considerado em análises realizadas por órgãos públicos”, diz o pesquisador do Inpe Celso von Randow, um dos autores do trabalho.

O artigo foi publicado na Ambio – Journal of Environment and Society e é parte do projeto Nexus – Caminhos para a Sustentabilidade, coordenado por Jean Ometto, pesquisador do Inpe e membro da coordenação do Programa FAPESP de Pesquisa sobre Mudanças Climáticas Globais (PFPMCG). O projeto buscou propor estratégias para viabilizar a transição para um futuro sustentável nos biomas Cerrado e Caatinga por meio de uma abordagem participativa, integrando métodos qualitativos e quantitativos.

O relatório técnico do Nexus, que traz informações da pesquisa do grupo e de outras desenvolvidas na região, foi lançado agora em outubro e apresentado no seminário “Contribuições da comunidade científica brasileira para a temática de combate à desertificação”, realizado na Superintendência do Desenvolvimento do Nordeste (Sudene). Pesquisadores do grupo estarão juntamente com a delegação brasileira na Conferência das Partes da Convenção das Nações Unidas para o Combate à Desertificação (UNCCD), na Arábia Saudita, em dezembro.

“A ideia do estudo nasceu de uma das oficinas do projeto Nexus, realizada no município de Barreiras. Havia uma preocupação com a sustentabilidade do sistema de irrigação. Desenvolvemos um modelo de dinâmica de sistemas para a região, mas ele pode ser aplicado a outras áreas adaptando algumas variáveis de acordo com a necessidade”, explica a engenheira agrícola Minella Alves Martins, primeira autora do artigo e orientanda de von Randow no Inpe com o apoio da FAPESP.

Durante a oficina, os principais desafios relatados na bacia do rio Grande estavam relacionados à disponibilidade de água – tanto do ponto de vista quantitativo como qualitativo – e aos conflitos socioambientais motivados por seu uso e pela posse irregular da terra. Mais de 90% das retiradas de água na bacia são destinadas à irrigação, de acordo com dados da Agência Nacional de Águas e Saneamento Básico (ANA).


Uma das oficinas realizadas em Barreiras para montar o escopo da pesquisa (foto: Projeto Nexus) 

Nos últimos dez anos, o Matopiba – com 337 municípios – registrou um salto na produção de grãos – 92%, passando de 18 milhões de toneladas (safra 2013/14) para cerca de 35 milhões de toneladas. Na Bahia, as culturas de soja, milho e algodão são destaque, tendo o município de Barreiras como um dos principais produtores no Estado.

Estima-se que na próxima década o crescimento agrícola do Matopiba ainda seja de 37%, com a produção atingindo 48 milhões de toneladas em uma área plantada de 110 mil km2. Os números fazem parte do estudo Projeções do Agronegócio, elaborado pelo Ministério da Agricultura e Pecuária em parceria com a Empresa Brasileira de Pesquisa Agropecuária (Embrapa).

Por outro lado, a seca severa que vem atingindo o país reduziu a previsão de produção de grãos na safra 2023/2024, especialmente no Matopiba. Para agravar a situação, o Cerrado bateu recorde de focos de incêndio neste ano. Foram 68.868 entre janeiro e 25 de setembro, superando todo o ano de 2023. É o maior desde 2015.

Com esse cenário, além de registrar aumento da temperatura, o Matopiba emitiu 80% dos 135 milhões de toneladas de CO2 liberadas para a atmosfera por causa do desmatamento no Cerrado entre janeiro de 2023 e julho de 2024, segundo levantamento do Instituto de Pesquisa Ambiental da Amazônia (Ipam).

A destruição da vegetação nativa pelo fogo e o desmatamento para outros usos levam a uma redução da evapotranspiração das plantas, diminuindo a quantidade de chuva. Há ainda o fato de a água, sem a cobertura vegetal, chegar com mais força ao solo, escorrendo superficialmente e deixando de formar os canais subterrâneos.

Projeções

O modelo de dinâmica de sistemas usado pelos pesquisadores para a região mostrou que as vazões superficiais e subterrâneas tendem a diminuir até 2040. Eles levaram em consideração os usos de água atuais, as mudanças climáticas e feedbacks econômicos. Em contrapartida, haverá um aumento na demanda de água, principalmente impulsionada pela expansão da irrigação. Deve passar de 1,53 m³/s (2011-2020) para 2,18 m³/s (2031-2040).

Por isso, os pesquisadores apontam a possibilidade de estagnação da expansão da agricultura irrigada na região, levantando preocupações sobre a sustentabilidade de longo prazo do setor na bacia do rio Grande.

“Ouvimos muito na região que as retiradas de água são acima dos níveis de outorga. Então, o primeiro ponto de recomendação seria a revisão dessas permissões, justamente para que estejam de acordo com o novo normal climatológico que estamos vivendo. A série histórica pode estar defasada, levando a uma permissão acima do que é possível ofertar. Observamos por meio de dados de monitoramento de poços da CPRM que os níveis de águas subterrâneas estão caindo, mas esse sistema ainda é muito utilizado. Por isso, outra necessidade seria a fiscalização para proibir poços clandestinos e o monitoramento da exploração de novos locais de perfuração, visando um uso racional dos recursos hídricos”, afirma Martins à Agência FAPESP.

O grupo recomenda também que seja aprimorada a fiscalização das mudanças de uso e cobertura do solo para que áreas de recarga do aquífero não sejam comprometidas, além de incentivar estratégias mais eficientes e racionais da utilização de água na agricultura. Para estudos futuros, os cientistas sugerem a exploração de outros caminhos para adaptação às condições atuais, como a possibilidade de conectar o subsistema elétrico local à rede nacional e a criação de canais adicionais para garantir o abastecimento.

O artigo Long-term sustainability of the water-agriculture-energy nexus in Brazil’s MATOPIBA region: A case study using system dynamics pode ser lido em: https://link.springer.com/article/10.1007/s13280-024-02058-9#Ack1.

Matéria – Luciana Constantino | Agência FAPESP 

Imagem – Monocultura em São Desidério (BA), na região conhecida como Matopiba (foto: Palácio do Planalto/Wikimedia Commons)

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Pesquisadores do Brasil e da Itália buscam novas drogas para tratar Alzheimer em resíduos industriais

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Autointitulada uma entusiasta da colaboração Brasil-Itália, a pesquisadora Laura Bolognesi criou no Departamento de Farmácia e Biotecnologia da Università di Bologna (Unibo) o B2AlzD2 Joint Lab, que é o primeiro laboratório conjunto Brasil-Bologna e se dedica ao desenvolvimento de novas drogas para o tratamento de Alzheimer. Entre os parceiros estão cientistas das universidades Federal do Rio de Janeiro (UFRJ), de Brasília (UnB), de São Paulo (USP Ribeirão Preto) e de Minas Gerais (UFMG).

Um dos projetos em andamento no laboratório busca identificar compostos com potencial de serem explorados no desenvolvimento de drogas em resíduos industriais, particularmente no líquido da casca da castanha-de-caju (LCC), um óleo natural considerado um subproduto do processamento industrial da castanha-de-caju, com alto teor de compostos fenólicos.

A linha de pesquisa e os princípios que guiam os trabalhos do grupo foram apresentados por Bolognesi nesta terça-feira (15/10), em um painel sobre saúde e meio ambiente que fez parte da programação da FAPESP Week Itália.

“É preciso integrar na busca de moléculas bioativas o conceito de sustentabilidade. Esta deve ser a palavra-chave”, defendeu Bolognesi em sua apresentação. “Se adotamos o lixo como matéria-prima para o desenvolvimento de drogas, os produtos resultantes da pesquisa serão inerentemente sustentáveis.”

Os trabalhos do grupo também adotam uma abordagem de Saúde Única (One Health), contou Bolognesi. Idealizado no início do século, esse conceito se refere a uma abordagem integrada, que reconhece a conexão entre a saúde humana, animal, vegetal e ambiental. “Trata-se de uma visão holística, em que todos os envolvidos devem ser incluídos. Acreditamos que não basta apenas encontrar uma nova droga potente e biodisponível. Ela também precisa ser acessível para as pessoas que dela necessitam. No caso da doença de Chagas, por exemplo, mais de 90% dos pacientes afetados não têm acesso ao tratamento, embora vivam em três grandes economias [Brasil, Argentina e México]”, pontuou.

Outra preocupação do B2AlzD2 Joint Lab, contou Bolognesi, é integrar princípios de química verde em seu pipeline de desenvolvimento de fármacos.

Doenças negligenciadas

O professor da Universidade Estadual de Campinas (Unicamp) Luiz Carlos Dias foi outro integrante da mesa. Ele apresentou o trabalho de um consórcio internacional criado para apoiar a busca por novos medicamentos contra a doença de Chagas e a malária. A iniciativa reúne, além da Unicamp, a USP e duas organizações sem fins lucrativos: Iniciativa Medicamentos para Doenças Negligenciadas (DNDi) e Medicines for Malaria Venture (MMV). O grupo recebe apoio da FAPESP por meio do Programa de Apoio à Pesquisa em Parceria para Inovação Tecnológica (PITE) (leia mais em: agencia.fapesp.br/32127).

“Nosso trabalho está relacionado com vários ODS [Objetivos de Desenvolvimento Sustentável da Agenda 2030] e tem como objetivo central encurtar o tempo de descoberta de fármacos”, contou.

À Agência FAPESP, Dias explicou que o consórcio recebe da DNDi e da MMV informações sobre a estrutura das moléculas a serem estudadas, todas livres de patente. “Nós sintetizamos as substâncias na Unicamp, purificamos e as enviamos para vários laboratórios brasileiros da rede para serem testadas contra o parasita. Para as que mostram ação antiparasitária, nós desenvolvemos moléculas análogas, com pequenas modificações para tentar aumentar a potência, a estabilidade e a segurança. Só após muitos testes in vitro passamos para os testes em animais. Nosso desafio agora é chegar a um composto viável para um ensaio clínico.”

No início do projeto, contou, toda essa etapa de testes pré-clínicos era feita fora do Brasil, pois não havia capacidade instalada no país para isso. “Hoje a gente já faz toda a cascata de ensaios, a parte de parasitologia primária e secundária. Adquirimos uma competência que não tínhamos, pois o país nunca investiu na descoberta e no desenvolvimento de fármacos. Construímos uma rede com vários parceiros, com experiência em diversas áreas”, comentou.

Dias pondera que os desafios do grupo são grandes e as metas ambiciosas: desenvolver medicamentos de baixo custo e seguros o suficiente para serem usados por crianças e gestantes – que estão entre os principais afetados por essas doenças negligenciadas.

No caso da malária há um desafio adicional: o tratamento deve ser de dose única, por via oral. “O Plasmodium adquire resistência muito rapidamente. Precisamos de um medicamento capaz de eliminá-lo em dez dias, com uma única dose, para contornar esse problema”, contou.

O painel ainda contou com a presença de Monica Cricca, pesquisadora do Departamento de Ciências Médias e Cirúrgicas da Unibo que desenvolve equipamentos voltados ao diagnóstico de infecções. Um dos objetivos de seu grupo é desenvolver um sistema de vigilância para a detecção de Candida auris, um superfungo resistente a várias classes de drogas e capaz de causar infecções graves.

Ela contou que o patógeno se espalhou pela Itália durante a pandemia de COVID-19, fenômeno que também foi observado no Brasil (leia mais em: agencia.fapesp.br/35923). “Estamos tentando implantar um sistema de vigilância para tentar limitar sua difusão”, contou.

O tema da resistência antimicrobiana também foi abordado por Ana Cristina Gales, professora da Universidade Federal de São Paulo (Unifesp) e vice-coordenadora do Instituto Paulista de Resistência aos Antimicrobianos (Projeto ARIES), que é apoiado pela FAPESP por meio do programa Centros de Pesquisa, Inovação e Difusão (CEPIDs).

A mesa contou ainda com a presença de Carmino Antonio de Souza, professor da Unicamp, vice-presidente da FAPESP e um dos fundadores da Associação Ítalo-Brasileira de Hematologia (AIBE), que visa promover a integração entre os serviços de hematologia dos dois países por meio do intercâmbio de profissionais da área de saúde e do desenvolvimento de protocolos clínicos e laboratoriais de interesse comum.

As discussões foram moderadas por Bolognesi e por Niels Olsen Saraiva Câmara, professor da USP e assessor do diretor científico da FAPESP.

Matéria – Karina Toledo, de Bologna | Agência FAPESP 

Imagem – Niels Saraiva Câmara, Carmino Antonio de Souza, Ana Cristina Gales, Laura Bolognesi, Monica Cricca e Luis Carlos Dias, em painel sobre saúde e meio ambiente (foto: Karina Toledo/Agência FAPESP)

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Pesquisadores brasileiros trabalham para transformar o agave na ‘cana do sertão’

por jornalismo-analytica
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As mudanças climáticas têm causado um aumento da região com clima semiárido no Brasil. Dados do Centro Nacional de Monitoramento e Alertas de Desastres Naturais (Cemaden) e do Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (Inpe) apontam uma expansão de 7,5 mil quilômetros quadrados ao ano desde 1990 – algo equivalente a cinco vezes a área da cidade de São Paulo. Esse cenário pode comprometer o cultivo de algumas plantas, como, por exemplo, a cana-de-açúcar, utilizada na geração de bioenergia.

Com isso em mente e com o desejo de encontrar soluções para mitigar as alterações do clima, um grupo de pesquisadores brasileiros começou a buscar plantas com potencial para serem usadas na geração de bioenergia e que podem ser cultivadas onde o clima não é favorável à cana-de-açúcar. E assim decidiram se dedicar ao estudo do Agave, um gênero de plantas suculentas que abrange mais de 200 espécies e é muito usado, no México, para a fabricação da tequila.

O trabalho vem sendo conduzido com apoio (projetos 20/02524-0, 22/09349-5, 23/16853-4 e 24/06624-0) da FAPESP no âmbito do projeto Brazilian Agave Development (Brave, Desenvolvimento do Agave Brasileiro), uma parceria que envolve a Universidade Estadual de Campinas (Unicamp), a empresa Shell e outras instituições de ensino e pesquisa, como Senai Cimatec, Universidade Federal do Recôncavo da Bahia (UFRB), Universidade de São Paulo (USP) e Universidade Estadual Paulista (Unesp). Resultados recentes foram apresentados na segunda-feira (14/10), durante a FAPESP Week Itália, pelo professor do Instituto de Biologia da Unicamp (IB-Unicamp) Marcelo Falsarella Carazzolle, que coordena a iniciativa ao lado de Gonçalo Pereira, também do IB-Unicamp. O evento, que terminou ontem (15/10), foi realizado em parceria com a Alma Mater Studiorum – Università di Bologna (Unibo).


Carazzolle: mesmo no semiárido a competição com ervas daninhas é grande (foto: Karina Toledo/Agência FAPESP)

“No Brasil a principal espécie cultivada é a Agave sisalana, cujas folhas são usadas na fabricação da fibra do sisal. Porém, esse processo aproveita apenas 4% da planta, gerando um grande volume de resíduos que hoje é colocado no campo para degradar”, contou o pesquisador. “Contudo, é possível gerar bioenergia tanto a partir do suco extraído das folhas, que é rico em inulina, um tipo de açúcar, quanto a partir do bagaço, rico em celulose. Além das folhas, a pinha do agave também acumula muita inulina que pode ser utilizada. As plantas demandam menos água e fertilizantes [em comparação com a cana], crescem em cinco anos e geram 800 toneladas de biomassa por hectare.”

O grupo tem coletado diferentes espécies de agave em todo o Brasil e em países como México e Austrália para compor um banco de germoplasma. E investiga o fenótipo das plantas, avaliando a composição de açúcares, a taxa de fotossíntese e de crescimento, o quanto necessita de irrigação e sua relação com o solo, entre outros fatores. Com base nessas informações, desenvolve estratégias que ajudem a superar os desafios envolvidos na transformação do agave na “cana do sertão”.

Uma das principais dificuldades é que a levedura normalmente usada na produção de etanol, a Saccharomyces cerevisiae, não é capaz de metabolizar a inulina, que é um polímero de frutose e precisa ser hidrolisado para liberação de açúcares fermentescíveis. O grupo desenvolveu uma cepa geneticamente modificada para esse fim e a patente do processo foi depositada no Instituto Nacional da Propriedade Industrial (INPI). Também foram desenvolvidas e patenteadas leveduras modificadas para metabolizar a xilose, um dos açúcares presentes no bagaço (leia mais em: agencia.fapesp.br/52235).

Outro desafio tem sido a busca de bioestimulantes e fertilizantes capazes de acelerar a taxa de crescimento do agave, considerada lenta. “Estamos patenteando um composto que aumenta em duas vezes [a taxa de crescimento] e identificamos outros quatro, que se mostraram promissores, avaliando as bases moleculares e seus mecanismos de ação”, contou.

Outro avanço foi o desenvolvimento de uma planta geneticamente modificada para se tornar tolerante ao glifosato, um dos herbicidas mais usados no mundo. “Patenteamos o protocolo para transformação genética do agave, pois mesmo no semiárido a competição com ervas daninhas é grande.”

O objetivo final do projeto é tornar possível produzir não apenas etanol a partir do agave, como também biometano, bio-hidrogênio e biochar.

Agricultura de precisão

A palestra apresentada por Carazzolle integrou um painel dedicado a debater o sistema agroalimentar e o desenvolvimento sustentável. Outros participantes foram Lucas Rios do Amaral, da Faculdade de Engenharia Agrícola (Feagri) da Unicamp; Valda Rondelli e Matteo Vittuari, ambos do Departamento de Ciências Agrícolas e Alimentares da Unibo. A coordenação da mesa foi feita por José Paulo Molin, professor da Escola Superior de Agricultura Luiz de Queiroz (Esalq-USP).

“A agricultura tem crescido rapidamente no Brasil. A produção começou a escalar no país por volta de 1950/1960. O starting point desse processo foi o começo da mecanização, que tornou possível cultivar grandes áreas. E isso está intimamente ligado à chegada dos imigrantes, principalmente da Itália e da Alemanha. E eles ainda estão no país hoje, na forma de grandes empresas [produtoras de máquinas agrícolas]”, contextualizou Molin. “Agora estamos dando o próximo passo que é a automação. Isso envolve, por exemplo, ferramentas de inteligência artificial embarcada nas máquinas”, disse o professor da Esalq ao introduzir o tema abordado na palestra de Amaral, que apresentou resultados de um projeto financiado pela FAPESP.


Amaral: a fertilização é um dos recursos mais importantes para o Brasil, pois temos solos pobres (foto: Karina Toledo/Agência FAPESP)

“Precisamos aumentar a produção de comida porque a população está crescendo. Mas é preciso otimizar o uso de recursos naturais, tornar o processo mais sustentável. A fertilização é um dos recursos mais importantes para nós, pois no Brasil temos solos pobres. O uso inadequado de fertilizantes aumenta os custos de produção e causa impactos ao meio ambiente. Nesse cenário, a agricultura de precisão se torna uma alternativa”, explicou Amaral.

Há uma grande variabilidade na qualidade do solo em regiões agrícolas e tratar toda a área de forma homogênea representa um desperdício de recursos, acrescentou o pesquisador. Para evitar isso, o agricultor precisa contratar empresas que avaliam essa variabilidade por meio da coleta manual de inúmeras amostras, que são analisadas em laboratório. Os resultados dão origem a um “mapa de prescrição”, que indica onde é preciso aplicar mais ou menos determinado produto.

O objetivo do projeto de Amaral é otimizar a coleta de amostras por meio de dados obtidos a partir de sensoriamento remoto (satélite e drones) e proximal (equipamentos embarcados em tratores, por exemplo). “Meu foco não é prover o mapa para o agricultor e sim dar suporte aos prestadores de serviço que fazem isso. Centenas de empresas fazem a coleta de amostras para gerar o mapa. Tento deixar esse processo mais eficiente, de modo que seja preciso coletar menos amostras para gerar um mapa ainda mais preciso”, explicou à Agência FAPESP.

Valda Rondeli apresentou projetos ligados ao desenvolvimento de veículos autônomos de uso agrícola, entre eles tratores. A ideia é usar equipamentos inteligentes para obter dados e desenvolver sistemas capazes de apoiar a tomada de decisão nas fazendas. “Estamos no tempo do big data. Precisamos usar inteligência artificial para manejar os dados e obter a informação certa no tempo certo”, pontuou.

Já Matteo Vittuari tratou de como estimular políticas públicas voltadas a promover a transformação do sistema alimentar e o desenvolvimento sustentável. E também falou sobre como engajar os cidadãos e as instituições nesse processo e como medir os impactos dessas estratégias.

Matéria – Karina Toledo, de Bologna | Agência FAPESP 

Imagem – No Brasil a principal espécie cultivada é a Agave sisalana, cujas folhas são usadas na fabricação da fibra do sisal (Foto: Nicholas Vinícius Silva)

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Estudo propõe que proteínas possam se compartimentalizar e formar gotículas no interior das células

por jornalismo-analytica
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Em física, um sistema composto por duas substâncias pode ser modelado por meio da teoria clássica de mistura, que considera a fração correspondente a cada constituinte e a interação entre eles. Exemplos são a coexistência de fases de alta e baixa densidades na água super-resfriada e a coexistência de poças metálicas em uma matriz isolante na chamada transição metal-isolante de Mott (veja representação gráfica e explicação detalhada na primeira figura abaixo).

Motivados por esse tipo de consideração, pesquisadores da Universidade Estadual Paulista (Unesp) em Rio Claro utilizaram conceitos de física da matéria condensada para descrever a compartimentalização de proteínas no interior de células e propuseram uma fase celular do tipo Griffiths em analogia com a canônica fase magnética de Griffiths. O estudo, coordenado pelo professor Mariano de Souza e que teve como primeiro autor o pós-doutorando Lucas Squillante, foi publicado na revista Heliyon.

“Na fase magnética de Griffiths, regiões magnetizadas ou não magnetizadas emergem, respectivamente, em matrizes paramagnéticas ou ferromagnéticas, dando origem a expressiva diminuição da dinâmica dos sistemas. Essas chamadas ‘regiões raras’ emergem de maneira randômica. Em trabalho anterior, exploramos a chamada fase eletrônica de Griffiths no limite da transição metal-isolante de Mott. No presente estudo, consideramos as gotículas de proteínas que se formam no interior das células como as ‘regiões raras’ em analogia direta com a fase magnética de Griffiths”, diz Souza (leia mais em: agencia.fapesp.br/34951).

O pesquisador informa que a produção de proteínas no interior de uma célula pode atingir uma concentração limiar que dá origem à separação de fases do tipo líquido-líquido, levando à compartimentalização de proteínas em forma de gotículas.

“Utilizando ferramentas da termodinâmica, como o parâmetro de Grüneisen, o modelo de Flory-Huggins e o modelo de Avramov-Casalini, demonstramos que, na vizinhança da linha binodal que determina a separação de fases, e também para uma concentração equivalente entre proteína e solvente, a dinâmica celular é dramaticamente reduzida, dando origem a uma fase celular do tipo Griffiths” (veja representação gráfica na segunda figura abaixo).

O estudo propõe ainda que a fase celular do tipo Griffiths esteja associada à origem da vida e dos organismos primordiais, conforme a hipótese clássica apresentada pelo biólogo e bioquímico russo Aleksandr Oparin (1894-1980) na década de 1930, já que apenas os coacervados (pequenas gotículas formadas por moléculas orgânicas aglomeradas em uma solução aquosa) com dinâmicas lentas conseguiram sobreviver e evoluir.

“Isso, por sua vez, pode estar relacionado ao papel fundamental desempenhado pela homoquiralidade no processo de evolução da vida”, argumenta Souza. Vale lembrar que quiralidade é a propriedade de um objeto ou molécula não ser superponível à sua imagem espelhada, como ocorre com as mãos humanas. E que homoquiralidade é a predominância de uma única quiralidade em moléculas de um sistema biológico.

A demonstração pelos pesquisadores do aumento do tempo de difusão da proteína, concomitantemente com a redução das flutuações estocásticas na célula, desempenha papel fundamental na otimização da expressão gênica. O estudo em pauta fornece uma abordagem alternativa para se investigar a dinâmica da compartimentalização de proteínas, que poderia ser aplicável também em outros sistemas biológicos.

“Tem sido amplamente discutido na literatura que a separação de fases líquido-líquido desempenha papel fundamental no desenvolvimento e tratamento de doenças, mais especificamente em relação à tumorigênese. A ideia é que proteínas codificadas por genes associados a tais doenças podem ser compartimentalizadas, afetando dessa forma seu papel nas mutações celulares”, afirma Marcos Minicucci, professor de Clínica Médica Geral da Unesp no campus de Botucatu e coautor do trabalho.

Outros exemplos do papel desempenhado pela separação de fases incluem cataratas (com a separação de fases na retina podendo causar deficiência visual), doenças neurodegenerativas e até mesmo no SARS-CoV-2 (com a coacervação das proteínas SARS2-NP podendo suprimir a resposta imune antiviral inata). Recentemente, foi relatado que a separação de fases associada à proteína supressora de ferroptose-1 pode ser empregada como terapia anticâncer eficiente.

“A separação de fases líquido-líquido afeta cada doença de maneira diferente e a formação de gotículas de proteína pode ser benéfica ou não. A fase celular do tipo Griffiths que estamos propondo pode ter impacto relevante para gerenciar e até mesmo tratar doenças”, explica Minicucci. O estudo conduzido pelo grupo de Souza demonstra a importância do caráter interdisciplinar em estudos fundamentais.

Além de Squillante, Minicucci e Souza, participaram do estudo os pesquisadores Antonio Seridonio (Unesp de Ilha Solteira), Roberto Lagos-Monaco (Unesp de Rio Claro), Aniekan Magnus Ukpong (Universidade de KwaZulu-Natal Pietermaritzburg, África do Sul), Luciano Ricco (Universidade da Islândia) e a doutoranda Isys Mello, orientanda de Souza.

O trabalho recebeu apoio da FAPESP por meio de dois projetos (11/22050-4 e 18/09413-0).

O artigo Cellular Griffiths-like phase pode ser acessado em: www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2405844024106536.


Matéria – José Tadeu Arantes | Agência FAPESP 

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Material biodegradável desenvolvido na Unicamp controla inflamação associada a implante dentário

por jornalismo-analytica
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Pesquisadores da Faculdade de Odontologia de Piracicaba da Universidade Estadual de Campinas (FOP-Unicamp) desenvolveram um novo material odontológico biodegradável para controlar processos inflamatórios associados a infecções em implantes dentários. 

Divulgado na revista Advanced Functional Materials, o trabalho foi financiado pela FAPESP. 

Como explicam os autores, os implantes dentários representam atualmente a principal opção de tratamento para substituir dentes perdidos. Embora o procedimento apresente alta performance clínica, infecções podem atingir um a cada três implantes, representando a principal causa de falha destes tratamentos. Além disso, com a maior popularidade dos implantes, o número de infecções tem aumentado consideravelmente nos últimos anos, reduzindo a qualidade das reabilitações e comprometendo a qualidade de vida dos pacientes 

Os tratamentos atualmente disponíveis para as infecções microbianas relacionadas com implantes nem sempre são eficazes, principalmente devido à incapacidade de controlar a resposta imunoinflamatória, que pode ser lesiva para o tecido. 

Diante dessa realidade, o grupo da FOP-Unicamp identificou que células da gengiva humana aumentam consideravelmente a expressão de determinados receptores da sua membrana, capazes de modular o processo inflamatório, quando interagem com o folato, composto também conhecido como vitamina B9. 

“Com base nessa descoberta, avançamos no desenvolvimento de um novo biomaterial, utilizando a técnica de impressão molecular, com o objetivo de promover a liberação controlada de folato em resposta à variação do pH tecidual. Essa liberação controlada é especialmente relevante, dado que os locais com doença ao redor dos implantes apresentam pH alterado e são processos crônicos”, conta à Agência FAPESP Raphael Cavalcante Costa, doutorando da Unicamp responsável pelo estudo. 

Segundo Costa, a liberação da vitamina B9 só acontece em locais com processo inflamatório presente. “Assim, por meio de uma abordagem multidisciplinar, o polímero impresso recém-desenvolvido viabilizou a aplicação do folato como um agente imunomodulador nos tecidos peri-implantares [em torno da área operada], garantindo concentração e tempo de exposição ideais para o controle da fase ativa da inflamação ao redor dos implantes dentários”, explica. 

Denominado PCL-MIP@FT, o material criado pelo grupo é feito de policaprolactona (PCL, substância também usada no tratamento de rugas, para estimular a produção de colágeno na pele) e tem capacidade de entrega sustentada de folato por até 14 dias em ambiente ácido com uma concentração de 1 micrograma por litro (μg/mL), considerada terapêutica para os tecidos inflamados ao redor do implante. 

O trabalho foi orientado pelo professor Valentim Barão, da Unicamp, e teve a participação também dos professores João Gabriel Silva Souza e Karina Gonçalves Silvérios Ruiz, ambos da Unicamp, e demais pesquisadores de instituições parceiras. 

Vantagens 

Os autores destacam que, ao contrário dos sistemas de liberação de medicamentos atualmente utilizados na odontologia, a entrega do folato pelo polímero biodegradável ocorre apenas de forma local e durante o desenvolvimento de uma infecção, sinalizada pela variação do pH local. 

“Além disso, o material foca no controle da inflamação, ponto-chave para controlar a progressão da doença e a destruição tecidual decorrente da infecções relacionadas a implantes. Ressalta-se que o polímero é biodegradável, sendo completamente eliminado após um período de 60 dias, o que evita efeitos adversos causados por sua permanência no local”, acrescenta. 

Outro aspecto relevante é que o material pode ser reaplicado, potencializando os efeitos terapêuticos de maneira rápida e fácil durante a consulta odontológica, com um intervalo de retorno adequado ao paciente. 

O artigo Pathogenesis-Guided Engineering: pH-Responsive Imprinted Polymer Co-Delivering Folate for Inflammation-Resolving as Immunotherapy in Implant-Related Infections pode ser acessado em: https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202406640. 

Matéria – Agência FAPESP 

Imagem – Biomaterial foi produzido na Unicamp por meio da técnica de impressão molecular (foto: acervo dos pesquisadores) 

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Material libera fertilizante para plantas de forma controlada e se degrada após 90 dias

por jornalismo-analytica
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Pesquisadores da Universidade Federal de São Carlos (UFSCar) desenvolveram, em parceria com um produtor de antúrios de Holambra, no interior de São Paulo, um filme à base de algas e nanocelulose que substitui, com vantagens, o material importado usado pelo agricultor como recipiente para reproduzir a planta. Isso porque o filme criado pelos brasileiros é capaz de liberar fertilizante lentamente no substrato. Com adaptações, poderá ser utilizado na reprodução de diversas culturas, além do ornamental antúrio. 

“No caso do antúrio, nosso parceiro usa um recipiente fabricado por uma empresa estrangeira para reproduzir o tecido vegetal em laboratório. Essa empresa produz um papel e uma máquina. Outros empreendedores compram o papel e a máquina e fornecem esses vasinhos que, segundo ele, são muito caros”, explica à Agência FAPESP Claudinei Fonseca Souza, do Grupo de Pesquisa em Engenharia de Água, Solo e Meio Ambiente da UFSCar, no campus de Araras. 

Em busca de um diferencial em relação ao produto importado, a equipe da UFSCar teve a ideia de usar a carragena (substância extraída de algas vermelhas) e o alginato (obtido de algas marinhas marrons) como meio para armazenar um fertilizante, o MAP (fosfato monoamônico, composto químico de fórmula NH₄H₂PO₄), amplamente empregado em diversas culturas. 

“O desafio na utilização de polímeros como a carragena e o alginato está na obtenção de materiais com resistência, já que eles tendem a se dissolver rapidamente em contato com a água. Por isso, adicionamos nanofibras de celulose ao material, em diferentes concentrações, na expectativa de melhorar suas propriedades mecânicas, físicas, químicas e térmicas”, conta o pesquisador. 

Assim, a equipe obteve um filme com o qual moldou vasinhos (de 4 centímetros de altura por 3,5 cm de diâmetro) que podem substituir aqueles tradicionalmente usados na reprodução da planta. 

“Esse filme tem de manter a estrutura da planta, mas não pode oferecer resistência ao sistema radicular. Ou seja, tem de ser resistente, mas não muito. Por isso, fizemos o teste agregando de 1% até 5% de nanocelulose ao material. Obtivemos o melhor resultado com 4%. Nossa intenção agora é patentear o material e partir para testes com outras culturas”, adianta Souza. 

Ele ressalta que a raiz tem dupla importância para a planta: primeiro, de suporte, e segundo na absorção de água e nutrientes. “Ao conceber o material, não podemos esquecer de nenhuma delas. A partir desse filme com 4% de nanocelulose, passamos para o teste em campo, que ainda não foi publicado. Usamos uma técnica que consegue dar uma ideia do material liberado a partir da condutividade elétrica do solo. Fizemos também um teste de degradação. A cada 30 dias íamos até Holambra, coletávamos as plantas e fazíamos uma avaliação. E observamos que o material desaparece após 90 dias.” 

De acordo com Souza, a liberação dos nutrientes acontece por diferença de potencial entre o material enriquecido com fertilizante e o substrato da planta, que não contém a substância. 

“Estamos testando numa condição real, no campo, fazendo igualzinho o agricultor. Com amparo, portanto, da agronomia. Há técnicas pelas quais se consegue monitorar a liberação do material quase em tempo real.” 

O trabalho, publicado na revista Cellulose, teve apoio da FAPESP por meio de Auxílio à Pesquisa Regular concedido à professora Roselena Faez, segunda autora do artigo. 

Vantagens 

Em laboratório, os cientistas fizeram placas de 10×20 centímetros do material em uma impressora 3D de filamentos ABS (resina termoplástica derivada do petróleo, obtida a partir da combinação de três monômeros: acrilonitrila, butadieno e estireno). Depois, enrolaram o filme em um gabarito de aço redondo e colaram para formar os vasinhos. 

“Nessas placas, conseguimos fazer umas ranhuras que facilitam a saída das raízes. E a própria raiz, depois que vai crescendo, faz uma espécie de reforço do material”, diz Souza. 

Para ele, é perfeitamente possível produzir o filme em grande escala, pois o Brasil tem facilidade de acesso a algas e é o maior produtor de celulose do mundo. “Só que, para chegar em escala, precisamos desenvolver essa parte final, analisar os resultados do trabalho de campo e patentear o material. Estamos procurando matérias-primas que existam em abundância e tenham preço bom, porque não adianta nada desenvolver um filme excelente e muito caro, que não chega ao agricultor.” 

Souza ressalta que o filme à base de algas e nanocelulose tem diversas vantagens: promove a economia de fertilizante, pois há menos perda por lixiviação (a alga segura os compostos, que não são levados pela chuva ou irrigação) e pode evitar a utilização de plástico, pois o filme também se presta a substituir as esferas de microplástico usadas pela agricultura em larga escala para liberação de fertilizantes. “Utiliza-se a mesma técnica de inserção de fertilizante nas esferinhas de plástico, só que nosso material é biodegradável. Depois de 90 dias, ele praticamente desaparece.” 

O artigo Enhancing marine algae composites with cellulose nanofibrils for sustainable nutrient management pode ser acessado em: https://link.springer.com/article/10.1007/s10570-024-05947-0#Ack1. 

Matéria – Karina Ninni | Agência FAPESP 

Imagem – O filme biodegradável foi usado para moldar vasinhos com 4 cm de altura por 3,5 cm de diâmetro (foto: André Felipe Silverio Neubern) 

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