Novas proteínas – o que o futuro reserva?

Godesberg Nutrition Forum 2004

As proteínas/proteínas cumprem uma variedade de tarefas no organismo; De acordo com a sua estrutura e função, eles são os “decisores” para o funcionamento ordenado do metabolismo e, em última análise, determinam o fenótipo e as propriedades de um ser vivo. Por exemplo, actuam como enzimas e catalisam muitas reacções até à formação de novos produtos; através de péptidos sinalizadores e hormonas, actuam como reguladores de cascatas metabólicas, reconhecem substâncias estranhas como anticorpos e fazem com que sejam decompostas, ou formam proteínas musculares. , pele e cabelo.

Todas as proteínas são determinadas por informação genética e muitas são modificadas pós-tradução. Em contraste com a estrutura relativamente simples da informação genética que utiliza quatro pares de bases, as proteínas geralmente consistem em 20 aminoácidos. Esses aminoácidos são combinados de acordo com a sequência de bases na informação genética e esse arranjo na estrutura primária resulta na estrutura secundária e terciária. Todas as funções específicas das proteínas são derivadas destas estruturas.

Com o conhecimento da química das proteínas, enzimologia e biologia molecular, os genes e, portanto, as proteínas podem ser transferidos de organismos conhecidos para outros organismos; As proteínas conhecidas adquirem novas propriedades através de mudanças específicas na estrutura. Desta forma, novas proteínas com novas funções podem ser desenvolvidas especificamente na “prancheta”. A aplicação mais avançada e já diversificada é a transferência de genes conhecidos para organismos, principalmente plantas, no que diz respeito a novas funções.

Os processos de engenharia genética permitem intervir de forma muito seletiva no metabolismo das plantas, introduzindo novos genes e ativando ou inibindo genes existentes (engenharia metabólica). Através destas novas proteínas, a planta pode sintetizar novos ingredientes valiosos ou produzir mais ou não os ingredientes existentes ou apenas numa extensão reduzida. As atividades abrangem macro e micronutrientes.

Ao contrário dos animais, as nossas principais culturas (cereais, leguminosas) não produzem todos os aminoácidos essenciais ao nosso corpo; O valor da proteína é assim limitado. Em geral, as proteínas de armazenamento de grãos são pobres no aminoácido essencial lisina, enquanto as leguminosas possuem apenas pequenas quantidades dos aminoácidos metionina e cisteína (cistina) contendo enxofre. Não há escassez de proteína animal no hemisfério ocidental, mas em particular nos países em desenvolvimento, a proteína vegetal é consumida principalmente, o que pode levar a sintomas de deficiência. É por isso que mais trabalhos estão sendo feitos sobre a qualidade da proteína do arroz, milho, mandioca e batata (doce).

O teor de lisina no grão de arroz poderia ser aumentado significativamente com a introdução do gene para a proteína ß-faseolina do feijão comum. Esta proteína rica em lisina representa aproximadamente 4% do conteúdo total de proteína no grão de arroz. Na batata-doce, foi aumentada a síntese da sua própria proteína de armazenamento rica em aminoácidos essenciais. A batata-doce modificada tem um teor de proteína 5 vezes maior, o que significa que os aminoácidos essenciais metionina, treonina, triptofano, isoleucina e lisina foram bastante aumentados. Genes de proteínas vegetais ricos em metionina e cisteína foram identificados e isolados. Os genes correspondentes para uma albumina de girassóis foram transferidos com sucesso para tremoços e uma albumina de castanha-do-pará para soja. Este último revelou-se o principal alérgeno da castanha-do-pará; O trabalho neste projeto foi interrompido.

Na soja, o teor de metionina poderia ser aumentado alterando as proporções das proteínas glicinina e ß-conglicinina da própria planta. Um gene modificado da glicinina também foi introduzido no arroz e este arroz agora sintetiza a proteína glicinina rica em metionina no contexto da própria proteína glutelina do arroz. O teor de proteínas e, portanto, também o teor de aminoácidos do arroz geneticamente modificado é aproximadamente 20% maior do que no arroz convencional. Estudos sobre a digestibilidade e alergenicidade da “nova” proteína do arroz não mostram diferenças em relação à proteína normal do arroz.

Estão sendo realizados trabalhos sobre amidos de batata e milho (cereais) no que diz respeito às propriedades tecnológicas do amido. Por um lado, houve um aumento da tolerância ao frio e, por outro lado, um aumento da resistência da matriz da batata na batata geneticamente modificada, sendo ambos importantes para a indústria da batata. Ao introduzir uma invertase de levedura, o conteúdo de glicoalcalóides das batatas pode ser reduzido - um resultado mais do que inesperado. Isto oferece a possibilidade de eliminar solaninas, substâncias tóxicas indesejadas nas batatas. Ao introduzir certas sacarose isomerases microbianas, um acúmulo de açúcar não cariogênico, aqui palatinose, também pode ser alcançado nas batatas.

Também foram desenvolvidas variedades especiais de colza que sintetizam cada vez mais ácidos graxos poliinsaturados de cadeia longa, necessários na fórmula infantil de bebês prematuros para o desenvolvimento do cérebro e dos nervos. Outra variedade de colza utiliza engenharia genética para sintetizar cada vez mais um ácido graxo ômega-3, que é o precursor do ácido docosahexanóico (DHA, 22:6 n-3), que é conhecido por ser promotor da saúde. Este ácido graxo, por sua vez, é a substância inicial das prostaglandinas E e F, tromboxanos e leucotrienos. Eles influenciam muitos mecanismos reguladores fisiológicos, como processos inflamatórios e coagulação sanguínea.

As substâncias vegetais secundárias são uma classe de substâncias muito heterogênea; Até à data, mais de 30.000 destas substâncias foram encontradas em plantas e algumas foram caracterizadas. A sua importância para as plantas, mas também para a saúde humana, só foi examinada com mais detalhe em casos individuais. Para estas substâncias vegetais secundárias, devem ser mencionadas apenas as classes de carotenóides, flavonóides, glucosinolatos, saponinas, fitoestrógenos, taninos, fenóis (ácidos fenólicos), sulfetos e esteróis. Em resumo, pode-se demonstrar que estas substâncias têm efeitos antioxidantes, anticancerígenos, antitrombóticos, imunoestimulantes ou redutores do colesterol. A investigação sobre as possibilidades de influenciar a síntese ou novas sínteses através da engenharia genética ainda se encontra no estado de investigação básica. As opções mais avançadas estão na área dos carotenóides.

Intervenções no metabolismo dos terpenóides ao nível do geranil-geranil-piro-fosfato podem ser usadas para sintetizar carotenóides. O exemplo clássico aqui é a produção do Arroz Dourado. Eles introduziram 4 “novas” enzimas (2 vegetais: fitoeno sintase, licopeno-ß-ciclase + 2 bacterianas: fitoeno sintase, caroteno dessaturase) no arroz (endosperma) e foram capazes de garantir que o ß-caroteno agora seja formado no arroz endosperma. O arroz original sintetiza 0,16 mg de ß-caroteno/100 g de arroz; a quantidade diária recomendada é de 6 mg/dia. O objetivo de novas tentativas de otimização é desenvolver um arroz que contenha tanto ß-caroteno que mais da metade das necessidades de vitamina A seja coberta pelo consumo normal de arroz. A deficiência de vitamina A ocorre predominantemente no Sudeste Asiático; doenças por deficiência de vitamina A (por exemplo, cegueira em crianças) não são incomuns.

A vitamina A é uma vitamina solúvel em gordura e uma certa quantidade de gordura é necessária para uma ingestão adequada na dieta. Portanto, a biossíntese de caroteno também foi realizada em sementes oleaginosas, principalmente em colza.

As doenças por deficiência de ferro estão entre as doenças por deficiência nutricional mais comuns. O ferro é um elemento essencial para muitas de nossas enzimas, proteínas transportadoras de oxigênio. A doença mais comum, mas particularmente nos países em desenvolvimento, é a anemia sanguínea. Devido à falta de ferro, a hemoglobina não consegue mais transportar oxigênio suficiente. Várias abordagens foram tomadas para melhorar a disponibilidade de ferro. O gene para a proteína de armazenamento de ferro ferritina da soja foi transferido para o arroz. A feritina é expressa de forma estável no endosperma do arroz e triplica o teor de ferro no grão de arroz. Consumir uma porção normal deste arroz transgênico fornece 30-50% de suas necessidades diárias de ferro. Além do gene da ferritina, o gene para uma proteína metalotiona do feijão comum foi integrado em outra variedade de arroz. Sabe-se que as proteínas metalotionina aumentam a absorção de ferro no intestino. Outro caminho que tem sido trilhado não só com o arroz, mas também com o milho e a soja, é a quebra enzimática do ácido fítico através da integração de fitases fúngicas.

Algumas proteínas vegetais, como a taumatina, a monelina ou a brazeína, têm um poder adoçante muito elevado, 500-2.000 vezes superior ao do açúcar. Para obter ou realçar o sabor, os genes destas proteínas foram transferidos com sucesso para batatas, arroz, pepino e tomate (pasta de tomate).

Tanto quanto se sabe apenas a partir da literatura, estão a ser realizados estudos de engenharia genética em mais de 90 variedades de plantas para optimizar a qualidade das plantas alimentares ou dos seus ingredientes.

Fonte: Bad Godesberg [Prof. Dr. hábil. Klaus-Dieter Jany, Instituto Federal de Pesquisa em Nutrição, Karlsruhe]