Cientistas revelam como o tabaco produz nicotina 200 anos depois

As pessoas consomem tabaco há milénios, mas só no final da década de 1820 é que a nicotina foi extraída pela primeira vez das plantas de tabaco.

Agora, 200 anos depois, os cientistas descobriram finalmente de que forma a planta do tabaco fabrica essas moléculas de nicotina.

Como o tabaco (Nicotiana tabacum) fabrica a nicotina

A descoberta pode vir a alterar profundamente os produtos feitos a partir de espécies de tabaco - ou produzidos com recurso a elas - numa abordagem conhecida como "agricultura molecular de plantas".

Nos últimos anos, investigadores têm modificado geneticamente plantas de tabaco para produzirem compostos terapêuticos e até vacinas, mas a presença de nicotina cria um obstáculo: é uma substância altamente viciante.

Saber ao detalhe como a nicotina é produzida pode permitir que os cientistas encontrem estratégias para travar a sua formação nas plantas.

"It is a big moment in plant science and biochemistry that we now have the answer we have been chasing for more than 200 years," diz o biólogo Benjamin Lichman, da University of York.

Lichman e colegas da University of Copenhagen, na Dinamarca, identificaram no novo estudo os genes e as enzimas que contribuem para a produção de nicotina.

"With this new knowledge we can remove or repurpose the nicotine that is produced naturally by the plant and create better biotechnology tools," afirma Lichman.

"There is also exciting potential for the future to adapt tobacco's nicotine forming system to make useful pharmaceutical compounds."

Através de uma análise genética do tabaco (Nicotiana tabacum), a equipa assinalou genes que estão próximos entre si no ADN da planta e que se activam ao mesmo tempo que outros genes já reconhecidos como envolvidos na produção de nicotina.

De seguida, os investigadores isolaram as enzimas produzidas por esses genes.

Em tubos de ensaio e também em plantas vivas, demonstraram que essas enzimas, em conjunto, conseguem formar nicotina.

O papel da glicose e os enzimas NaGR e NicGS

Segundo os autores, as enzimas recorrem a um mecanismo engenhoso, o que ajuda a explicar porque é que este processo permaneceu oculto durante tanto tempo.

Numa fase inicial, uma molécula de glicose liga-se aos “blocos de construção” da nicotina, colocando-os no estado reactivo necessário para a montagem final. Depois, assim que a reacção termina, essa mesma molécula desprende-se - ou seja, o açúcar cumpre uma função essencial e, no fim, desaparece.

Os investigadores identificaram ainda dois enzimas, NaGR e NicGS, que ajudam a montar a molécula de nicotina a partir das matérias-primas. Essas matérias-primas incluem um aminoácido associado à construção de proteínas e um composto semelhante a uma vitamina.

"It is exciting because it has real-world applications," diz Lichman.

"A close relative of tobacco, Nicotiana benthamiana, is already used in 'molecular farming' to produce life-saving drugs and vaccines."

"It opens up new ways to use tobacco plants for good: not in cigarettes, but for medicines and other valuable products."

Um outro estudo publicado recentemente reforça estas conclusões: a nicotina é gerada com a participação da glicose, com o apoio de uma cadeia de enzimas, e só depois a glicose desaparece.

Os investigadores explicam que esse “truque” de desaparecimento completo, aliado à forma invulgar como a glicose é utilizada aqui em comparação com outros processos das plantas, foi o que tornou a produção de nicotina tão difícil de detectar durante tanto tempo.

Ainda subsistem algumas dúvidas sobre a produção de nicotina no tabaco, mas, neste momento, os principais passos e os ingredientes-chave já estão identificados.

A equipa sugere que o processo poderá ser ajustado para produzir outras substâncias químicas e também tabaco com baixos níveis de nicotina; no entanto, tentativas anteriores acabaram por travar o crescimento das plantas.

Implicações para a biotecnologia e a "agricultura molecular"

No essencial, os investigadores não só desvendaram um mistério com 200 anos, como também estabeleceram as bases para uma bioengenharia mais avançada e mais precisa.

"Tobacco plants can be used in biotechnology as platforms for producing vaccines or other pharmaceutical products, but it is plagued by the presence of nicotine, which contaminates the products and requires processing to remove it," diz Lichman.

A investigação foi publicada na Nature Communications.