Metabólitos secundários in vitro (parte 1)

Desde os primórdios, a humanidade tem se utilizado das plantas com uma função terapêutica. Esses compostos químicos produzidos pelas plantas constituem um amplo e diverso grupo conhecido como metabólitos secundários, e são de grande importância na indústria farmacêutica, perfumaria e de essências. Metabolitos secundários não são essenciais para o crescimento vegetal e são produzidos em pequenas quantidades, sendo em sua maioria acumulados em tecidos especializados, como tricomas em um distinto estádio de desenvolvimento, dificultando a extração, isolamento e purificação

Um fator de entrave à produção de metabólitos secundários é que esta é, em geral, baixa (menos que 1% da biomassa seca). Além disso, uma das principais queixas dos compradores refere-se a instabilidade na oferta, que ocorre em função das condições naturais a que estão sujeitas as espécies vegetais. Dependendo da espécie são necessários meses ou anos para obtenção da cultura no ponto para a produção. Para algumas espécies de plantas medicinais não há padrões de coleta, colheita, armazenagem e embalagem, o que impõe restrições à expansão do mercado. De fato, como os metabólitos secundários representam uma interface química entre as plantas e o ambiente circundante, sua síntese é freqüentemente afetada por condições ambientais.

Fig,1 - Esquema geral sobre o metabolismo secundário e as diferentes vias de biossíntese dos três grupos principais (Adaptado de Hartamann, 2007)

O emprego da técnica de cultura de tecidos vegetais trás vantagens para a produção de metabolitos secundários, especialmente no que se refere a produção em um ambiente controlado, independente das variações geográficas, sazonais e fatores climáticos. A possibilidade de um sistema definido de produção, com segurança de produção contínua, com qualidade e padrão uniforme; e alta velocidade de produção são vantagens associadas ao sistema de produção in vitro. Alguns entraves são existentes como a instabilidade das linhagens celulares, com culturas perdendo parcialmente ou totalmente sua habilidade de biossintetizar e acumular produtos secundários, além do lento crescimento e problemas de escala. As plantas mais citadas onde se tem obtido bons resultados com a cultura de tecidos são: Artemisia annua, Camptotheca acuminate, Catharanthus roseus, Discorea deltoidea, Mucuna hassjoo, Panax ginseng, Papaver somniferum, Ruta graveolens, Taxus spp. e Zingiber oficinale.

O ambiente in vitro tradicional, por ser uma condição atípica ao desenvolvimento vegetal, pode resultar em alterações na parte funcional de genes que ocorrem devido a estímulos químicos e físicos em que a cultura fica exposta, alterando o metabolismo primário e levando a produção de diferentes metabólitos secundários. A cultura de células e tecidos de muitas espécies de plantas tem produzido também compostos que não foram isolados originalmente nas plantas intactas. Esses resultados tem representado uma oportunidade valiosa de investigar novos e inéditos compostos.

Futuramente pode-se considerar que as plantas funcionarão como biofábricas de medicamentos, vacinas e proteínas recombinantes. 

Referências:
Hartmann T (2007) From waste products to ecochemicals: Fifty years research of plant secondary metabolism. Phytochemistry 68: 2831-2846.
Paul M, Ma JKC (2011) Plant-made pharmaceuticals: leading products and production platforms. Biotechnology and Applied Biochemistry 58: 58-67.

Gottileb Haberlandt (1854-1945)

Nascido no império austro-húngaro em 1854, na cidade de Ungarisch-Altenburg (atual Mosonmagyaróvár) situada ao nordeste da atual Hungria. 

Gottilieb Haberlandt é considerado o pai da cultura de tecidos vegetais e foi um visionário ao propor o conceito da totipotência, pilar fundamental da cultura de tecidos. Em 1902, ele formulou a hipótese de que uma célula vegetal somática individualizada teria a capacidade de regenerar uma planta completa. Infelizmente não logrou exito em seus trabalhos, por faltar em seus meios de cultivo a presença de substâncias reguladoras do desenvolvimento vegetal, como auxinas e citocininas.

Haberlandt formou-se pela Universidade de Viena, tendo passagens pelas Universidade de Tecnologia de Graz (Technische Universitat Graz) e Universidade de Berlim. Seu principal mentor foi o botânico suíço Simon Schwendener.

O talento nato para o desenho era uma de suas características, sendo uma habilidade preciosa para seus estudos em anatomia vegetal. Em seus estudos com fisiologia vegetal, desenvolveu pesquisas a respeito do crescimento apical, elementos vasculares e a translocação de assimilados.

Haberlandt não foi o primeiro a tentar cultivar tecidos vegetais. Anteriormente Irmisch (1858), Sachs (1859) e Koch (1887) trabalharam com tecidos embrionários, no caso cotilédones, e conseguiram plantas inteiras. Porém nenhum trabalho logrou exito a partir de células somáticas. 

Haberlandt trabalhou com células isoladas do mesófilo de Lamium purpureum e células do estame de Tradescantia virginica, sendo que estas células permanecerem vivas por várias semanas, contudo sem a ocorrência de divisões celulares. O modo como se induziria essas divisões celulares foi  o grande questionamento levantado em seus estudos, propondo que "enzimas de crescimento" teriam este papel. 

Em 1913, Haberlandt provou a existência de fatores da divisão celular em plantas, classificando em duas classes: lepto-hormônios e necro-hormônios. Os lepto-hormônios estavam associados aos tecidos vasculares, enquanto os necro-hormônios estavam associados a injuria e morte de células. Pela primeira vez estabeleceu-se a teoria de hormônios em botânica, culminando com a descoberta da cinetina e outras citocininas.

Gottilieb Haberlandt faleceu em 1945 ao final da segunda guerra mundial, sendo que várias de suas notas pessoais, manuscritos, cartas, documentos e livros foram destruídos durante bombardeios em Berlim. De qualquer forma sua contribuição para a ciência tornou-se eterna e será sempre lembrada.

Referências:

Hoxtermann E (1997) Physiologia Plantarum 100: 716-728.

Noé AC (1938) Plant Physiology : 850-855.