Pesquisadores de instituições públicas paulistas elaboraram um guia atualizado para orientar estudiosos na análise do metabolismo de plantas, usando como ferramenta a ressonância magnética nuclear (RMN), técnica mais conhecida do público por suas aplicações na medicina diagnóstica.

O metabolismo é o conjunto de todas as transformações químicas que ocorrem em um organismo vivo e é o responsável pelo seu crescimento, desenvolvimento e reprodução. Investigá-lo é necessário para entender como as plantas vão se adaptar ou se modificar geneticamente frente aos eventos climáticos extremos, como secas e chuvas torrenciais, cada vez mais frequentes. Esses efeitos são avaliados por metodologias como a análise metabolômica, que fornece informações sobre as variações bioquímicas, ou seja, o perfil metabólico das plantas em função de estresses como os climáticos.

O protocolo é fundamental para a padronização dos procedimentos utilizados, considerando que a técnica de RMN tem a capacidade de fornecer conjuntos de dados robustos e potencial para resolver problemas complexos, tanto na área da ciência básica como aplicada. Participaram do trabalho pesquisadores da Embrapa Instrumentação (SP), da Faculdade de Medicina Veterinária e Zootecnia da Universidade de São Paulo (FMVZ-USP), do Centro de Citricultura Sylvio Moreira do Instituto Agronômico (IAC) e do Instituto de Química de São Carlos da Universidade de São Paulo (IQSC-USP).

“São várias as vantagens da RMN para a investigação de produtos naturais e plantas. O nosso objetivo principal é inspirar e orientar interessados em explorá-la por meio de protocolos e práticas mais usados para aplicar em estudos de metabolômica baseados nessa técnica”, conta Fernanda Ocampos, pesquisadora de pós-doutorado na FMVZ. Ela desenvolve os experimentos na Embrapa Instrumentação, supervisionada pelo pesquisador Luiz Alberto Colnago.

Passo a passo

O guia proposto faz parte de um artigo de revisão publicado recentemente na revista Frontiers, no qual os pesquisadores de habilidades multidisciplinares, discutem a importância da chamada metabolômica vegetal. A área estuda o metabolismo das plantas e como ele se modifica em função do ciclo de vida, de diferentes tipos de estresses, como temperaturas muito altas ou muito baixas, secas ou inundações.

Com o metabolismo alterado por estresse, o cultivo de plantas e criação de animais podem ser afetados e comprometer a produção dos alimentos e comprometer a segurança alimentar. Além de ser uma ferramenta valiosa para investigação, considerando a vasta diversidade química dos vegetais, a metabolômica oferece novas perspectivas em diferentes áreas, incluindo a agricultura, porque permite diferenciar grupos de seres vivos, órgãos, tecidos, células, entre outros.

O artigo não só descreve a ressonância magnética nuclear (RMN) e suas aplicações, como também apresenta os principais recursos disponíveis para obter resultados de qualidade e relevantes nas análises metabolômicas de plantas. A publicação faz a contextualização do campo de pesquisa, aborda a exploração do desenho do estudo, a coleta e a preparação de amostras. Também cita os desafios para construção de bancos de dados abrangentes e para a sua análise.

Fernanda Ocampos relata que foram listados os bancos de dados mais comuns usados para identificação e atribuição de metabólitos de plantas, porque ajudam a encurtar a tarefa trabalhosa da investigação metabolômica de produtos naturais. Foram discutidas as aplicações de RMN e avanços recentes na instrumentação da técnica nos últimos dez anos, entre 2014 e 2024.

Além disso, os cientistas se aprofundaram na análise de dados, destacando os métodos quimiométricos – arte de extrair informações quimicamente relevantes de dados produzidos em experimentos químicos – mais comumente usados e como obter resultados de alta qualidade.

O passo a passo proposto é demonstrado no fluxograma abaixo, com todas as etapas necessárias para obtenção de resultados significativos.

Importância da metabolômica

O aumento do número de publicações científicas sobre o tema reflete a relevância da metabolômica à base de RMN. O volume passou de uma média de 177 publicações anuais, em 2014, para 610, em 2023.

A razão para isso pode ser a capacidade do método analítico de identificar e quantificar com precisão os metabólitos presentes nas amostras. Eles são as moléculas produzidas durante o metabolismo que ocorre em um determinado organismo em função de sua genética, idade, doença, influência ambiental, entre outros fatores. Outra vantagem é que a RMN é uma técnica não destrutiva, o que permite a identificação e a quantificação simultâneas de metabólitos diretamente da amostra.

Colnago explica que esses metabólitos são o resultado dos processos biológicos ocorridos no momento específico em que o material é coletado. Eles variam em características como massa molecular, função biológica e propriedades químicas. “Essa diversidade metabólica que ocorre entre diferentes espécies de plantas torna muito difícil construir um banco de dados metabolômico abrangente. Assim, a avaliação de amostras heterogêneas e complexas exige ferramentas analíticas poderosas, que possibilitem a identificação e a quantificação de um grande número de metabólitos, características valiosas para os estudos”, esclarece o pesquisador da Embrapa ao afirmar que a técnica de RNM cumpre bem esse papel.

De acordo com ele, essa tarefa é difícil de ser realizada com as tecnologias atuais mais comuns, porque cada metabolito é determinado por um método diferente. “A vantagem das tecnologias metabolômicas é que elas determinam o tipo e a quantidade de dezenas a centenas dos metabólitos em uma única análise e em alguns minutos”, afirma.

O pesquisador conta que um exemplo recente da aplicação da metabolômica à base de RMN na Embrapa Instrumentação envolveu o cultivo da planta medicinal pata-de-vaca – utilizada no tratamento da diabetes.  “Por meio da técnica, constatamos que após 90 dias de estresse hídrico, o metabolismo e a produção dos compostos de interesse foram prejudicados no grupo que recebeu irrigação escassa, a cada 15 dias”, constatou o especialista em RMN.

O artigo NMR-based plant metabolomics protocols: a step-by-step guide pode ser acessado aqui. A pesquisa foi apoiada pela Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (Fapesp) e Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq).