Pesquisadores de instituições públicas de São Paulo desenvolveram um guia atualizado com o objetivo de orientar estudiosos na análise do metabolismo de plantas, empregando a ressonância magnética nuclear (RMN), uma técnica amplamente reconhecida por suas aplicações na medicina diagnóstica. O metabolismo, que abrange todas as transformações químicas em organismos vivos, é crucial para o crescimento, desenvolvimento e reprodução das plantas. Compreender essas transformações é essencial para avaliar como as plantas podem se adaptar ou se modificar geneticamente em resposta a eventos climáticos extremos, como secas e chuvas torrenciais, que se tornam cada vez mais frequentes. Para tanto, utiliza-se a análise metabolômica, que revela as variações bioquímicas e o perfil metabólico das plantas diante de estresses climáticos.

O protocolo elaborado é vital para padronizar os procedimentos, uma vez que a técnica de RMN possui a capacidade de fornecer dados robustos e resolver problemas complexos tanto na ciência básica quanto na aplicada. O trabalho contou com a colaboração de 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).

“Diversas são as vantagens da RMN para a investigação de produtos naturais e plantas. Nosso principal objetivo é inspirar e orientar os interessados em explorar essa técnica por meio de protocolos e práticas comumente aplicados em estudos metabolômicos”, explica Fernanda Ocampos, pesquisadora de pós-doutorado na FMVZ, que realiza experimentos na Embrapa Instrumentação sob a supervisão do pesquisador Luiz Alberto Colnago.

Abordagem Multidisciplinar

O guia faz parte de um artigo de revisão recentemente publicado na revista Frontiers, no qual pesquisadores de diferentes áreas discutem a importância da metabolômica vegetal. Este campo de estudo investiga como o metabolismo das plantas se modifica ao longo de seu ciclo de vida e em resposta a diversos estresses, como temperaturas extremas e condições de seca ou inundação. As alterações no metabolismo podem impactar tanto o cultivo de plantas quanto a criação de animais, comprometendo a produção de alimentos e a segurança alimentar.

Além de ser uma ferramenta valiosa para investigação, considerando a vasta diversidade química dos vegetais, a metabolômica oferece novas perspectivas em áreas como a agricultura, permitindo a diferenciação entre grupos de seres vivos, órgãos, tecidos e células. O artigo não apenas descreve a RMN e suas aplicações, mas também apresenta os principais recursos para obter resultados relevantes nas análises metabolômicas de plantas. A publicação aborda o contexto da pesquisa, o desenho do estudo, a coleta e preparação de amostras, além dos desafios para a construção e análise de bancos de dados abrangentes.

Fernanda Ocampos observa que foram elencados os bancos de dados mais comuns usados para a identificação e atribuição de metabólitos de plantas, facilitando a tarefa muitas vezes trabalhosa da investigação metabolômica. O artigo discute também as aplicações da RMN e os avanços na instrumentação da técnica ocorridos na última década. Os pesquisadores aprofundaram-se na análise de dados, destacando métodos quimiométricos, que permitem extrair informações relevantes de dados químicos gerados em experimentos.

O passo a passo proposto é demonstrado em um fluxograma, que reúne todas as etapas necessárias para a obtenção de resultados significativos.

Relevância da Metabolômica

O aumento do número de publicações científicas sobre metabolômica à base de RMN reflete a relevância do tema. O volume de publicações saltou de uma média de 177 por ano em 2014 para 610 em 2023. Isso se deve à capacidade do método analítico em identificar e quantificar com precisão os metabólitos presentes nas amostras. Esses compostos são produzidos durante o metabolismo em função de fatores como genética, idade, doença e influências ambientais. Outra vantagem da RMN é que se trata de uma técnica não destrutiva, permitindo a identificação e quantificação simultâneas de metabólitos diretamente das amostras.

Colnago explica que os metabólitos são produtos dos processos biológicos que ocorrem no momento da coleta do material e que apresentam variações em características como massa molecular, função biológica e propriedades químicas. “Essa diversidade metabólica entre diferentes espécies de plantas torna a construção de um banco de dados metabolômico abrangente um desafio. A avaliação de amostras heterogêneas e complexas requer ferramentas analíticas poderosas, que possibilitem a identificação e quantificação de um grande número de metabólitos, características valiosas para esses estudos”, esclarece o pesquisador da Embrapa, ressaltando que a RMN desempenha bem esse papel.

Ele observa que essa tarefa é complexa com as tecnologias atuais, já que cada metabolito é determinado por métodos distintos. “A vantagem das tecnologias metabolômicas é a capacidade de determinar o tipo e a quantidade de dezenas a centenas de metabólitos em uma única análise e em poucos minutos”, afirma.

Um exemplo recente da aplicação da metabolômica baseada em RMN na Embrapa Instrumentação envolveu o cultivo da planta medicinal pata-de-vaca, utilizada no tratamento do diabetes. “Por meio da técnica, observamos que, após 90 dias de estresse hídrico, o metabolismo e a produção dos compostos de interesse foram prejudicados no grupo com irrigação escassa, a cada 15 dias”, conclui o especialista.

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