Guia passo-a-passo aponta as etapas necessárias para obtenção de resultados significativos da metabolômica vegetal à base de RMN.. A metabolômica é a ciência que estuda a variação do perfil metabólico dos seres vivos em função dos estresses diários, nutrição, idade e outros.. A alteração do metabolismo vegetal, causado por diferentes tipos de estresses, pode comprometer a produção de alimentos e afetar a segurança alimentar. Essa ciência é fundamental para apontar diferenças metabólicas entre dois ou mais grupos de uma espécie submetida a diferentes condições experimentais.. Entender o metabolismo das plantas é essencial para o enfrentamento das mudanças climáticas.. RMN é selecionada por trabalhar com amostras complexas, determinar estrutura química de compostos, sem usar padrões caros, com rapidez. 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).
Foto: Andrea Lima
Pesquisas de metabolômica são fundamentais para o enfrentamento a mudanças climáticas
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 metabolômicaO 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.
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). |
Joana Silva (MTb 19.554/SP)
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